(57)【要約】少なくとも一の無水フッ化物塩および少なくとも一の非水溶媒が含まれる電解質溶液を提示する。フッ化物塩には、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたない電荷中心（例えば、N、P、S、またはO）を有する有機カチオンが含まれる。この塩構造は、それが分解されることなく無水にされるその能力を促進する。例の無水フッ化物塩には、（2,2-ジメチルプロピル）トリメチルアンモニウムフッ化物およびビス（2,2-ジメチルプロピル）ジメチルアンモニウムフッ化物が含まれる。これらのフッ化物塩を少なくとも一の含フッ素非水溶媒（例えば、ビス（2,2,2-トリフルオロエチル）エーテル；（BTFE））と組み合わせることにより、非水溶媒内で塩の溶解性が促進される。溶媒は、少なくとも一の非水の、含フッ素溶媒および少なくとも一の他の非水の、含フッ素または非フッ素溶媒（例えば、BTFEおよびプロピオニトリルまたはジメトキシエタン）の混合物であってもよい。電解質溶液は、電気化学セル、例えば、バッテリー、フューエルセル、電解システム、およびキャパシターなどのようなものにおいて採用することができる。
2018533156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質溶液であって、次の：
フッ化物塩で：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
を含むもので：
有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたず；および
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；および
一またはそれよりも多くの非水溶媒
を含み；
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は0.05Mより高いか、またはそれに等しい、電解質溶液。
【請求項２】
有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位においてsp3混成炭素をもたない、請求項1の電解質溶液。
【請求項３】
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は1Mより高いか、またはそれに等しい、請求項1または2の電解質溶液。
【請求項４】
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は0.5Mないし20Mの範囲にわたって選ばれる、請求項1-2のいずれかの電解質溶液。
【請求項５】
前記フッ化物塩は前記非水溶媒に無水形態で提供される、請求項1-4のいずれかの電解質溶液。
【請求項６】
前記電解質溶液はリチウムを含まない、請求項1-5のいずれかの電解質溶液。
【請求項７】
フッ化物塩には、置換または非置換アンモニウムフッ化物塩が含まれる、請求項1-6のいずれかの電解質溶液。
【請求項８】
置換または非置換アンモニウムフッ化物塩には：
式（FX1）：R1R2R3R4N+（FX1）によって特徴付けられる置換または非置換アルキルアンモニウムカチオンが含まれ；
式中、各々のR1、R2、R3、およびR4は、無関係に、置換または非置換のC1-C20アルキル、C3-C20シクロアルキル、C5-C30アリール、C5-C30ヘテロアリール、C1-C20アシル、C2-C20アルケニル、C3-C20シクロアルケニル、C2-C20アルキニル、C5-C20アルキルアリール、C1-C20アルキル、C2-C20アルコキシカルボニル、またはハロであり；
または式中、R1-R4の少なくとも二つは一またはそれよりも多くの脂環式または芳香族、炭素環式または複素環式の5または6員環を形成するために組み合わされる、請求項7の電解質溶液。
【請求項９】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、ハロゲン置換された置換基である、請求項8の電解質溶液。
【請求項１０】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、フッ素置換された置換基である、請求項8の電解質溶液。
【請求項１１】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、極性置換基である、請求項8の電解質溶液。
【請求項１２】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、置換または非置換のフェニル、ベンジル、または複素環種からなる群より選ばれる極性基である、請求項11の電解質溶液。
【請求項１３】
アンモニウムフッ化物塩は、式（FX2a）、（FX2b）、（FX2c）、または（FX2d）：
【化１】
2018533156.tif 000054
によって特徴付けられる、請求項7の電解質溶液。
【請求項１４】
アンモニウムフッ化物塩は、置換または非置換ネオペンチルアンモニウムフッ化物塩である、請求項7の電解質溶液。
【請求項１５】
置換または非置換ネオペンチルアンモニウムフッ化物塩は、式（FX3a）、（FX3b）、（FX3c）、または（FX3d）：
【化２】
2018533156.tif 000055
によって特徴付けられる、請求項14の電解質溶液。
【請求項１６】
アンモニウムフッ化物塩には、置換または非置換ベンジルアンモニウムカチオンが含まれる、請求項7の電解質溶液。
【請求項１７】
置換または非置換ベンジルアンモニウムカチオンは、式（FX4a）：
【化３】
2018533156.tif 000056
によって特徴付けられ；
式中：
R5はO-R6、N-R6、CO2-R6、CF3、SF5、または-SO2R6であり；および
R6はH、C1-C10アルキル、またはC1-C10アリールである、請求項16の電解質溶液。
【請求項１８】
R5は、N-(CH3)2、O-CH3、CO2-CH3、またはCF3の一である、請求項17の電解質溶液。
【請求項１９】
フッ化物塩には、置換または非置換ヘキサメチレンテトラミン（HMT）フッ化物塩が含まれる、請求項1-6のいずれかの電解質溶液。
【請求項２０】
HMTフッ化物塩は、式（FX5a）、（FX5b）、（FX5c）、または（FX5d）：
【化４】
2018533156.tif 000057
によって特徴付けられる、請求項19の電解質溶液。
【請求項２１】
フッ化物塩は、置換または非置換の、飽和または不飽和の複素環式フッ化物塩であり、および：
複素環式カチオンが、一またはそれよりも多くの窒素、酸素、硫黄、または燐原子を、四-、五-、六-、または七-員環の一部分として含み；
一またはそれよりも多くの複素環式カチオンが、複素環式カチオンのアルキル化を通して付与される形式電荷を有し；および
複素環式カチオンが、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位においてsp3混成炭素をもたない、請求項1-6のいずれかの電解質溶液。
【請求項２２】
複素環式フッ化物塩は、式（FX6a）、（FX6b）、（FX6c）、（FX6d）、（FX6e）、（FX6f）、（FX6g）、（FX6h）、または（FX6i）：
【化５】
2018533156.tif 000058
によって特徴付けられる、請求項21の電解質溶液。
【請求項２３】
非水溶媒は一またはそれよりも多くのフッ素化された、非水溶媒である、請求項1-22のいずれかの電解質溶液。
【請求項２４】
非水溶媒は形態[X-(CH2)n-Y]によって特徴付けられる少なくとも一の官能基を含み、式中、XおよびYはCH2基または基群に部分正電荷を付与するために組合せの効果をもち、およびn=1または2である、請求項1-22のいずれかの電解質溶液。
【請求項２５】
YはOまたはSであり、およびXは、エーテル、エステル、酸無水物、アミン、アミド、カーボナート、スルホン、スルホニルエステル、ホスファイト、ホスファート、ニトリル、ニトロ、アルデヒド、アセタート、SF5、またはフルオロカーボンからなる群より選ばれる官能基である、請求項24の電解質溶液。
【請求項２６】
非水溶媒は形態[X-(CH2)n-Y]、式中、n=1または2によって特徴付けられる少なくとも一の官能基を含む芳香族溶媒である、請求項25の電解質溶液。
【請求項２７】
非水溶媒はフッ素化エーテルおよびその任意の組合せである、請求項1-22のいずれかの電解質溶液。
【請求項２８】
フッ素化エーテルは、式（FX7a）または（FX7b）、（FX7c）、（FX7d）、（FX7e）、（FX7f）、または（FX7g）：
【化６】
2018533156.tif 000059
によって特徴付けられる、請求項27の電解質溶液。
【請求項２９】
非水溶媒はフッ素化ホスファイトおよびその任意の組合せである、請求項1-22のいずれかの電解質溶液。
【請求項３０】
フッ素化ホスファイトは式（FX8a）：
【化７】
2018533156.tif 000060
によって特徴付けられる、請求項29の電解質溶液。
【請求項３１】
非水溶媒はフッ素化エステルまたは無水物およびそれらの任意の組合せである、請求項1-22のいずれかの電解質溶液。
【請求項３２】
フッ素化エステルまたは無水物は、式（FX9a）、（FX9b）、または（FX9c）：
【化８】
2018533156.tif 000061
によって特徴付けられる、請求項31の電解質溶液。
【請求項３３】
非水溶媒はニトリルおよびその任意の組合せである、請求項1-22のいずれかの電解質溶液。
【請求項３４】
ニトリルは、式（FX10a）、（FX10b）、（FX10c）、または（FX10d）：
【化９】
2018533156.tif 000062
によって特徴付けられる、請求項33の電解質溶液。
【請求項３５】
非水溶媒はフッ素置換芳香族溶媒およびその任意の組合せである、請求項1-22のいずれかの電解質溶液。
【請求項３６】
フッ素置換芳香族は、式（FX11a）、（FX11b）、（FX11c）、または（FX11d）：
【化１０】
2018533156.tif 000063
によって特徴付けられる、請求項35の電解質溶液。
【請求項３７】
非水溶媒は、式（FX12a）または（FX12b）およびそれらの任意の組合せ：
【化１１】
2018533156.tif 000064
によって特徴付けられ、
式中、R7は、置換または非置換のC1-C20アルキル、C3-C20シクロアルキル、C5-C30アリール、C5-C30ヘテロアリール、C1-C20アシル、C2-C20アルケニル、C3-C20シクロアルケニル、C2-C20アルキニル、C5-C20アルキルアリール、C1-C20アルキル、C2-C20アルコキシカルボニル、またはハロ、C4-C30脂肪族、C4-C30脂環式、またはC4-C30芳香族であり；および
式中、nは1ないし20の範囲から選ばれる整数である、請求項1-22のいずれかの電解質溶液。
【請求項３８】
電解質溶液であって、次の：
フッ化物塩で：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
を含むもので：
有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたず；および
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；および
第一の非水含フッ素溶媒および第一の溶媒とは異なる第二の非水溶媒を含む非水溶媒混合物
を含み；
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は0.05Mより高いか、またはそれに等しい、電解質溶液。
【請求項３９】
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は1Mより高いか、またはそれに等しい、請求項38の電解質溶液。
【請求項４０】
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は、0.05Mないし20Mの範囲にわたって選ばれる、請求項38の電解質溶液。
【請求項４１】
第二の非水溶媒は含非フッ素溶媒である、請求項38-40のいずれかの電解質溶液。
【請求項４２】
第二の非水溶媒は含フッ素溶媒である、請求項38-40のいずれかの電解質溶液。
【請求項４３】
電解質溶液には、リチウムが含まれない、請求項38-42のいずれかの電解質溶液。
【請求項４４】
第一の溶媒および第二の溶媒の量の比は1：2より大きい、請求項38-43のいずれかの電解質溶液。
【請求項４５】
第一の溶媒および第二の溶媒の量の比は1：20から20：1までの範囲から選ばれる、請求項38-43のいずれかの電解質溶液。
【請求項４６】
第一の溶媒および第二の溶媒はそれぞれ無関係に極性溶媒である、請求項38-45のいずれかの電解質溶液。
【請求項４７】
第一の溶媒、第二の溶媒、またはその双方は、エーテル、エステル、酸無水物、アミン、アミド、カーボナート、スルホン、スルホニルエステル、ホスファイト、ホスファート、ニトリル、またはグリムからなる群より無関係に選ばれる、請求項38-45のいずれかの電解質溶液。
【請求項４８】
第一の溶媒、第二の溶媒、またはその双方は無関係に芳香族溶媒である、請求項38-45のいずれかの電解質溶液。
【請求項４９】
第一の溶媒はフッ素化エーテルである、請求項38-45のいずれかの電解質溶液。
【請求項５０】
フッ素化エーテルは、式（FX7a）または（FX7b）、（FX7c）、（FX7d）、（FX7e）、（FX7f）、または（FX7g）：
【化１２】
2018533156.tif 000065
によって特徴付けられる、請求項49の電解質溶液。
【請求項５１】
第一の溶媒はフッ素化ホスファイトである、請求項38-45のいずれかの電解質溶液。
【請求項５２】
フッ素化ホスファイトは式（FX8a）：
【化１３】
2018533156.tif 000066
によって特徴付けられる、請求項51の電解質溶液。
【請求項５３】
第一の溶媒はフッ素化エステルまたは無水物である、請求項38-45のいずれかの電解質溶液。
【請求項５４】
フッ素化エステルまたは無水物は、式（FX9a）、（FX9b）、または（FX9c）：
【化１４】
2018533156.tif 000067
によって特徴付けられる、請求項53の電解質溶液。
【請求項５５】
第一の溶媒はフッ素化ニトリルである、請求項38-45のいずれかの電解質溶液。
【請求項５６】
フッ素化ニトリルは式（FX10c）：
【化１５】
2018533156.tif 000068
によって特徴付けられる、請求項55の電解質溶液。
【請求項５７】
第一の溶媒はフッ素化芳香族溶媒である、請求項38-45のいずれかの電解質溶液。
【請求項５８】
フッ素化芳香族溶媒は、式（FX11a）、（FX11b）、（FX11c）、または（FX11d）：
【化１６】
2018533156.tif 000069
によって特徴付けられる、請求項57の電解質溶液。
【請求項５９】
第二の溶媒は、次の：ニトリル、ベンゾニトリル、ピリジン、およびエステルからなる群より選ばれる、請求項38-58のいずれかの電解質溶液。
【請求項６０】
第二の溶媒は、式（FX10a）、（FX10b）、または（FX10d）：
【化１７】
2018533156.tif 000070
によって特徴付けられるニトリルである、請求項59の電解質溶液。
【請求項６１】
第二の溶媒は、式（FX13a）または（FX13b）：
【化１８】
2018533156.tif 000071
によって特徴付けられる、置換または非置換ベンゾニトリルである、請求項38-58のいずれかの電解質溶液。
【請求項６２】
第一の溶媒は式（FX7a）：
【化１９】
2018533156.tif 000072
によって特徴付けられ；および
第二の溶媒は式（FX10a）：
【化２０】
2018533156.tif 000073
によって特徴付けられる、請求項38-45のいずれかの電解質溶液。
【請求項６３】
フッ化物塩には、置換または非置換アンモニウムフッ化物塩が含まれる、請求項38-62のいずれかの電解質溶液。
【請求項６４】
置換または非置換アンモニウムフッ化物塩には、次の：
式（FX1）：R1R2R3R4N+（FX1）を特徴とする置換または非置換アルキルアンモニウムカチオンが含まれ；
式中、各々のR1、R2、R3、およびR4は、無関係に、置換または非置換のC1-C20アルキル、C3-C20シクロアルキル、C5-C30アリール、C5-C30ヘテロアリール、C1-C20アシル、C2-C20アルケニル、C3-C20シクロアルケニル、C2-C20アルキニル、C5-C20アルキルアリール、C1-C20アルキル、C2-C20アルコキシカルボニル、またはハロであり；または式中、R1-R4の少なくとも二つは一またはそれよりも多くの脂環式または芳香族、炭素環式または複素環式の5または6員環を形成するために組み合わされる、請求項63の電解質溶液。
【請求項６５】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、ハロゲン置換された置換基である、請求項64の電解質溶液。
【請求項６６】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、フッ素置換された置換基である、請求項64の電解質溶液。
【請求項６７】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、極性置換基である、請求項64の電解質溶液。
【請求項６８】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、置換または非置換のフェニル、ベンジル、または複素環種からなる群より選ばれる極性基である、請求項67の電解質溶液。
【請求項６９】
アンモニウムフッ化物塩は、式（FX2a）；（FX2b）、（FX2c）、または（FX2d）：
【化２１】
2018533156.tif 000074
によって特徴付けられる、請求項63の電解質溶液。
【請求項７０】
アンモニウムフッ化物塩は、置換または非置換ネオペンチルアンモニウムフッ化物塩である、請求項63の電解質溶液。
【請求項７１】
置換または非置換ネオペンチルアンモニウムフッ化物塩は、式（FX3a）、（FX3b）、（FX3c）、または（FX3d）：
【化２２】
2018533156.tif 000075
によって特徴付けられる、請求項70の電解質溶液。
【請求項７２】
アンモニウムフッ化物塩には、置換または非置換ベンジルアンモニウムカチオンが含まれる、請求項63の電解質溶液。
【請求項７３】
置換または非置換ベンジルアンモニウムカチオンは、式（FX4a）：
【化２３】
2018533156.tif 000076
によって特徴付けられ；
式中：
R5はO-R6、N-R6、CO2-R6、CF3、SF5、または-SO2R6であり；および
R6はH、C1-C10アルキル、またはC1-C10アリールである、請求項72の電解質溶液。
【請求項７４】
R5は、N-(CH3)2、O-CH3、CO2-CH3、またはCF3の一である、請求項73の電解質溶液。
【請求項７５】
フッ化物塩には、置換または非置換ヘキサメチレンテトラミン（HMT）フッ化物塩が含まれる、請求項38-62のいずれかの電解質溶液。
【請求項７６】
HMTフッ化物塩は、式（FX5a）、（FX5b）、（FX5c）、または（FX5d）：
【化２４】
2018533156.tif 000077
によって特徴付けられる、請求項75の電解質溶液。
【請求項７７】
フッ化物塩は、置換または非置換の、飽和または不飽和の複素環式フッ化物塩であり、および：
複素環式カチオンが、一またはそれよりも多くの窒素、酸素、硫黄、または燐原子を、四-、五-、六-、または七-員環の一部分として含み；
一またはそれよりも多くの複素環式カチオンが、複素環式カチオンのアルキル化を通して付与される形式電荷を有し；および
複素環式カチオンが、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位においてsp3混成炭素をもたない、請求項38-62のいずれかの電解質溶液。
【請求項７８】
複素環式フッ化物塩は、式（FX6a）、（FX6b）、（FX6c）、（FX6d）、（FX6e）、（FX6f）、（FX6g）、（FX6h）、または（FX6i）：
【化２５】
2018533156.tif 000078
によって特徴付けられる、請求項77の電解質溶液。
【請求項７９】
電気化学セルであって、
正極；
負極；および
前記正極および前記負極の間に設けられる電解質溶液が含まれ、前記電解質溶液には、次の：
フッ化物塩で：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
が含まれるもので：
有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有する
β位において炭素をもたず；および
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；および
一またはそれよりも多くの非水溶媒
が含まれ；
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は0.05Mより高いか、またはそれに等しい、電気化学セル。
【請求項８０】
電気化学セルであって、
正極；
負極；および
前記正極および前記負極の間に設けられた電解質溶液が含まれ、前記電解質溶液には、次の：
フッ化物塩で：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
が含まれるもので：
有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有する
β位において炭素をもたず；および
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；および
第一の非水含フッ素溶媒および第一の溶媒とは異なる第二の非水溶媒を含む非水溶媒混合物
が含まれ；
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は0.05Mより高いか、またはそれに等しい、電気化学セル。
【請求項８１】
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は、1Mより高いか、またはそれに等しい、請求項79-80のいずれかの電気化学セル。
【請求項８２】
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は0.05Mないし20Mの範囲にわたって選ばれる、請求項79-80のいずれかの電気化学セル。
【請求項８３】
第二の非水溶媒は含非フッ素溶媒である、請求項79-82のいずれかの電気化学セル。
【請求項８４】
第二の非水溶媒は含フッ素溶媒である、請求項79-82のいずれかの電気化学セル。
【請求項８５】
電解質溶液は前記正極および前記負極の間でフッ化物イオンの輸送を提供する、請求項79-84のいずれかの電気化学セル。
【請求項８６】
電解質溶液は25℃で0.1mS/cmよりも高いか、またはそれに等しいフッ化物イオンの導電率を提供する、請求項79-85のいずれかの電気化学セル。
【請求項８７】
電解質溶液には、リチウムが含まれない、請求項79-86のいずれかの電気化学セル。
【請求項８８】
電気化学セルには、リチウムが含まれない、請求項79-87のいずれかの電気化学セル。
【請求項８９】
フッ化物イオン電気化学セルが含まれる、請求項79-88のいずれかの電気化学セル。
【請求項９０】
二次電気化学セルが含まれる、請求項79-89のいずれかの電気化学セル。
【請求項９１】
バッテリー、フューエルセル、電解システム、またはキャパシターが含まれる、請求項79-89のいずれかの電気化学セル。
【請求項９２】
電解質溶液であって、次の：
第一のフッ化物塩で：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
を含むもので；
有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたず；および
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；
第一のフッ化物塩とは異なる第二のフッ化物塩で、第二のフッ化物塩には：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
が含まれるもので：
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；および
一またはそれよりも多くの非水溶媒
を含み；
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は0.05Mより高いか、またはそれに等しい、電解質溶液。
【請求項９３】
第一のフッ化物塩には、置換または非置換アンモニウムフッ化物塩が含まれ、および第二のフッ化物塩には、置換または非置換アンモニウムフッ化物塩が含まれる、請求項92の電解質。
【請求項９４】
第二のフッ化物塩は、フッ化テトラメチルアンモニウム（TMAF）または式（FX2a）：
【化２６】
2018533156.tif 000079
によって特徴付けられる、請求項92-93のいずれかの電解質。
【請求項９５】
第一アンモニウムフッ化物塩は、式（FX2b）、（FX2c）、（FX3a）、（FX3b）、（FX4a）、（FX5a）、（FX5b）、（FX5c）、（FX5d）：
【化２７】
2018533156.tif 000080
によって特徴づけられる、請求項93の電解質。
【請求項９６】
第二のフッ化物塩の有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたない、請求項92-95のいずれかの電解質。
【請求項９７】
第二のアンモニウムフッ化物塩は、式（FX2b）、（FX2c）、（FX3a）、（FX3b）、（FX4a）、（FX5a）、（FX5b）、（FX5c）、または（FX5d）：
【化２８】
2018533156.tif 000081
によって特徴付けられる、請求項92-93および95-96のいずれかの電解質。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
この出願は、2015年8月4日付け出願の、および「Non-Aqueous Fluoride Salts, Solutions and their uses（非水フッ化物塩、溶液およびそれらの使用）」と題する米国仮出願第62/200,998号の利益およびそれに対する優先権を主張する。上記出願の全体の教示は参照によりここに組み込む。
【０００２】
政府支援
ここに記載される発明は、NASA契約NNN12AA01Cの下での作業の実行において行われ、および公法96-517（35 USC 202）の規定に従うもので、請負者はタイトルを保持することを選択した。
【背景技術】
【０００３】
背景
バッテリーは、一般的に、正極（放電中のカソード）、負極（放電中のアノード）、およびそれらの間のイオン輸送のための電解質を含む。電解質は電荷キャリアとして作用する一またはそれよりも多くのイオン種を含むことができる。広く利用可能な多くのバッテリーシステムは、カチオン電極反応に基づき、電極は電解質からカチオンを捕捉するか、または放出し、および電荷を外部回路からの電子とバランスさせる。その非常に低い電気化学的酸化/還元電位および軽量のために、元素のリチウム（Li）がカチオンベースのバッテリーシステムにおいて普通に使用される。リチウムおよびリチウムイオンバッテリーの双方が商業上利用可能であり、そして広く用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、リチウム金属またはリチウム含有電極の電気化学は、商業的使用のための問題を提示する。一態様では、リチウム金属は非常に反応性があり、そして安全な形態においてリチウムを貯蔵（例えば、インターカレート）するために安全装置が使用され、電池重量が増加し、エネルギー密度が低下する。例えば、個々のLiイオンバッテリーおよびLiイオンバッテリーパックは、電圧または温度が最適動作範囲外になるとき、バッテリーをシャットダウンするために高価な電圧および熱の制御回路を含むことが多い。
【０００５】
フッ化物-アニオン系電極反応は、リチウムおよびリチウムイオンバッテリーの代替物を提供する。例えば、フッ化物イオンバッテリー（FIB）では、アノードおよびカソードは、物理的には互いに分離されるが、フッ化物アニオン伝導電解質と共通して接触する。アノードおよびカソードは、低電位要素または化合物（例えば、金属、金属フッ化物、またはインターカレート組成物、例えば、グラファイトまたは他の炭素系物質などのようなもの）から典型的に形成され、そこではカソード物質はアノード物質よりも高い電位を有する。フッ化物アニオン伝導電解質においてフッ化物アニオン（F-）は、放電中にカソードからアノードに、およびバッテリーの充電中にアノードからカソードに移動する。
【０００６】
特に、そのようなフッ化物イオンバッテリーの動作は、作動用に電解質において容易に移動できるF-源を必要とする。しかし、多くのソリッド・ステート（固体の状態、固態とも言う）電解質組成物は、約200℃未満の温度で低いイオン伝導度を有し、高い電池内部抵抗が原因で低温での電池性能の顕著な低下をもたらす。さらに、共通金属フッ化物（例えば、LiF、CsF、MgF2、BaF2）、遷移金属フッ化物（例えば、VF4、FeF3、MoF6、PdF2、AgF）、主族金属フッ化物（例えば、AlF3、PbF4、BiF3）およびランタニドまたはアクチニドフッ化物（例えば、LaF3、YF3、UF5）は、有機溶媒においてほとんど不溶性であり、そして液状電解質成分として用いることができない。
【０００７】
したがって、電気化学的な適用における使用のための優れたフッ化物系電解質に対する継続的な必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の実施形態は、無水フッ化物塩、随意に無水の、リチウムフリーのフッ化物塩、およびその非水溶液を提供する。フッ化物塩および非水性溶媒の組合せは、例えば、様々な用途のために、電気化学システム用の電解質を含めて有用な、高いフッ化物イオン濃度を有して提供される。電気化学システムは、高濃度のフッ化物イオンによって特徴付けられる非水電解質成分を組み込んで、フッ化物イオンバッテリーシステム、随意に、リチウムフリーのフッ化物イオンバッテリーシステムを含めて提供される。
【０００９】
いくらかの実施形態では、フッ化物塩の分子構造は、（i）実質的な分解を伴わずに無水形態において作られるそれらの能力、および（ii）非水溶媒において高いフッ化物イオン濃度を生成するために効率的な解離を達成するそれらの能力を促進する。例えば、いくつかの用途に有用なフッ化物塩には、一またはそれよりも多くのフッ化物イオンおよびβ位に炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたない有機カチオンが含まれる（例えば、N、P、S、またはOの電荷中心をもつ）。一定の実施形態において、有機カチオンには、結合水素を有するβ位においてsp3混成炭素（hybridized carbon）をもたない。フッ化物塩の例には、制限されないが、アルキルアンモニウム塩、例えば、(2,2-ジメチルプロピル)トリメチルアンモニウムフッ化物（NpMe3NF）およびビス(2,2ジメチルプロピル)ジメチルアンモニウムフッ化物（Np2Me2NF）などのようなものを含め、アンモニウム塩が含まれ得る。
【００１０】
本開示の実施形態は、一またはそれよりも多くの非水溶媒において高フッ化物イオン濃度によって特徴付けられるこれらのフッ化物塩の非水溶液を提供する（例えば、0.05Mよりも高いか、またはそれに等しく、および一定のケースでは最大20Mまで）。フッ化物塩は、電解質溶液を形成するために、非水溶媒との接触に先立って無水である。すなわち、フッ化物塩は電解質内のインシトゥーで形成されない。以下でより一層詳細に議論するように、これらのフッ化物塩と少なくとも一の含フッ素非水溶媒との組合せは、非水溶媒内でのフッ化物塩の解離および溶解性を促進することが確認された。理論によって拘束されるものではないが、例えば、電子求引基（例えば、Oおよび/またはCF3）に隣接するCH2部分を含む構造を有する溶媒は、CH2部分での部分的な正電荷の増加を引き起こすと考えられる。CH2部分での部分的な正電荷は、フッ化物イオンのカチオン溶媒和および付随する溶解性をさらに促進する。
【００１１】
例えば、以下でより一層詳細に議論するように、CH2部分の有無にかかわらず、溶媒でのフッ化物イオンおよび異なるカチオンの溶媒和自由エネルギーを比較する理論的計算（例えば、形態X-CH2-Y-CH2-XまたはX-(CH2)2-Y-(CH2)2-Xによって特徴付けられ、ここではX、Yは電子求引基である）は、CH2部分を欠く溶媒がフッ化物溶解度の顕著な低下を見せることを例示する。さらに、電子求引基に隣接するCH2部分を含む構造を有する溶媒は、電子求引基に隣接するCH2部分を欠く溶媒と比較して、フッ化物溶媒和自由エネルギーにおいて最大10倍までの増加を見せる。加えて、電子密度修飾基、例えば、電子供与性および/または電子求引性基などのようなものの存在は、カチオン電荷中心に隣接し、カチオンの溶媒への誘引を修飾し、カチオンが溶解性を高めるために異なる溶媒に調整されるのを可能にすることができる。
【００１２】
開示された実施形態の非水溶液は、ある範囲のフッ素化および非フッ素化溶媒と適合性がある。フッ素化された、非水溶媒の例には、制限されないが、ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)エーテル（BTFE）が含まれる。さらなる実施形態では、溶媒は、少なくとも一の非水含フッ素溶媒（例えば、BTFE）および少なくとも一の非水性の、含非フッ素溶媒（例えば、プロピオニトリル（PN）、ジメトキシエタン（DME））の混合物であり得る。例えば、以下で詳述するように、BTFE/PNの溶媒混合物を含む電解質溶液は、同じモル濃度にて純粋なBTFEよりも高い導電率を示すことが観察される。理論によって束縛されないが、溶媒、例えば、BTFEなどのようなものは、イオン対として高濃度にてフッ化物塩を電荷分離および/または溶解する（charge separate and/or dissolve）ことができると考えられ、その一方で、溶媒、例えば、PNなどのようなものは、塩を解離するが、純粋な溶媒において匹敵する濃度にて塩を溶解するのに足りる極性がない。
【００１３】
本開示のさらなる実施形態は、電気化学的用途で、例えば、フッ化物イオンバッテリー、電気化学二重層キャパシター、および電気化学的フッ素化反応で、例えば、インターカレーション反応などのようなものにおけるこれらの高濃度電解質溶液の使用を提示する。
【００１４】
ある実施形態では、電解質溶液を提供する。本溶液には、フッ化物塩および一またはそれよりも多くの非水溶媒、例えば、フッ素化溶媒、非フッ素化した、非水溶媒、またはそれらの組合せが含まれる。フッ化物塩には、一またはそれよりも多くのフッ化物イオンおよび有機カチオンが含まれ、有機カチオンはβ位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたず、およびカチオン電荷中心はN、P、S、またはOである。前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は、0.05Mより高いか、またはそれに等しい。
【００１５】
電解質溶液の実施形態は、以下のうちの一またはそれよりも多くを、任意の組合せにおいて含むことができる。
【００１６】
ある実施形態では、有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位においてsp3混成炭素をもたない。
【００１７】
電解質溶液の一実施形態において、前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は、1Mより高いか、またはそれに等しい。電解質溶液の一実施形態において、前記電解質溶液において溶解されたフッ化物イオンの濃度は、0.5Mないし20Mの範囲にわたって選定される。
【００１８】
電解質溶液の一実施形態では、フッ化物塩は無水形態において、前記非水溶媒に提供される。電解質溶液の一実施形態では、フッ化物塩はリチウムを含まない。
【００１９】
電解質溶液の一実施形態では、フッ化物塩は置換または非置換アンモニウムフッ化物塩である。置換または非置換のアンモニウムフッ化物塩には、式（FX1）：
【化１】
2018533156.tif 000003
によって特徴付けられる置換または非置換アルキルアンモニウムカチオンが含まれ、
式中、R1、R2、R3、およびR4の各々は、無関係に、C1-C20アルキル、C3-C20シクロアルキル、C5-C30アリール、C5-C30ヘテロアリール、C1-C20アシル、C2-C20アルケニル、C3-C20シクロアルケニル、C2-C20アルキニル、C5-C20アルキルアリール、C1-C20アルキル、C2-C20アルコキシカルボニル、ハロであり；または式中、R1-R4の少なくとも二つは一またはそれよりも多くの脂環式または芳香族、炭素環式または複素環式の5または6員環を形成するために組み合わされる。
【００２０】
電解質溶液のある実施形態では、R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、ハロゲン置換された置換基である。
【００２１】
電解質溶液のある実施形態では、R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、フッ素置換された置換基である。
【００２２】
電解質溶液のある実施形態では、R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、極性置換基である。
【００２３】
電解質溶液のある実施形態では、R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、置換または非置換のフェニル、ベンジル、または複素環種からなる群より選ばれる極性基である。
【００２４】
電解質溶液のある実施形態では、アンモニウムフッ化物塩は、式（FX2a）、（FX2b）、（FX2c）、または（FX2d）：
【化２】
2018533156.tif 000004
によって特徴付けられる。
【００２５】
電解質溶液のある実施形態では、アンモニウムフッ化物塩は、置換または非置換のネオペンチルアンモニウムフッ化物塩である。例えば、一実施形態では、置換または非置換のネオペンチルアンモニウムフッ化物塩は、式（FX3a）、（FX3b）、（FX3c）、または（FX3d）：
【化３】
2018533156.tif 000005
によって特徴付けられる。
【００２６】
電解質溶液の別の実施形態において、アンモニウムフッ化物塩は、置換または非置換のベンジルアンモニウムカチオンである。ある実施形態では、置換または非置換ベンジルアンモニウムカチオンは、式（FX4a）または（FX4b）：
【化４】
2018533156.tif 000006
によって特徴付けられ、
式中、R5はO-R6、N-R6、CO2-R6、CF3、SF5、または-SO2R6であり、R5a-R5eは無関係に、H、O-R6、N-R6、CO2-R6、CF3、SF5、または-SO2R6から選ばれ、およびR6はH、C1-C10アルキル、またはC1-C10アリールである。
【００２７】
電解質溶液のある実施形態では、R5は、N-(CH3)2、O-CH3、CO2-CH3、またはCF3の一である。電解質溶液のある実施形態では、R6はC1-C10フルオロカーボンである（例えば、CF3またはC2F5）。
【００２８】
電解質溶液の別の実施形態において、フッ化物塩は、置換または非置換ヘキサメチレンテトラミン（HMT）フッ化物塩である。
【００２９】
電解質溶液の別の実施形態において、ヘキサメチレンテトラミン（HMT）フッ化物塩は、式（FX5a）、（FX5b）、（FX5c）、（FX5d）：
【化５】
2018533156.tif 000007
によって特徴付けられる。
【００３０】
別の実施形態において、フッ化物塩は、置換または非置換の、飽和または不飽和の複素環式フッ化物塩であり、そこで、複素環式カチオンには、四、五、六、または七員環の一部として一またはそれよりも多くの窒素、酸素、硫黄、またはリン原子が含まれ、そこでは、複素環式カチオンの一またはそれよりも多くは複素環式カチオンのアルキル化を通して付与される形式電荷を有し、および複素環式カチオンはβ位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位においてsp3混成炭素をもたない。
【００３１】
別の実施形態において、複素環式フッ化物塩は、式（FX6a）、（FX6b）、（FX6c）、（FX6d）、（FX6e）、（FX6f）、（FX6g）、（FX6h）、または（FX6i）：
【化６】
2018533156.tif 000008
によって特徴付けられる。
【００３２】
電解質溶液の別の実施形態において、非水溶媒は、一またはそれよりも多くのフッ素化された非水溶媒である。
【００３３】
電解質溶液の別の実施形態では、非水溶媒は形態[X-(CH2)n-Y]によって特徴付けられ、式中、n=1または2、そこで、XおよびYは、CH2基または基群にて部分的に正の電荷を与えるために結合された効果を有する電子求引性官能基である。
【００３４】
電解質溶液の別の実施形態では、YはOまたはSであり、およびXは、エーテル、エステル、酸無水物、アミン、アミド、カーボナート、スルホン、スルホニルエステル、ホスファイト、ホスファート、ニトリル、ニトロ、アルデヒド、アセタート、SF5、またはフルオロカーボン（例えば、-CF3、-CF2CF3）からなる群より選ばれる官能基である。
【００３５】
電解質溶液の別の実施形態において、非水溶媒は、形態[X-(CH2)n-Y]によって特徴付けられる少なくとも一の官能基を含め、芳香族溶媒であり、式中、n=1または2、およびそこでは、XおよびYは極性官能基で、CH2基または基群にて部分的な正電荷を付与するために結合された効果を有する。
【００３６】
電解質溶液の別の実施形態では、YはOまたはSであり、およびXは、エーテル、エステル、酸無水物、アミン、アミド、カーボナート、スルホン、スルホニルエステル、ホスファイト、ホスファート、ニトリル、ニトロ、アルデヒド、アセタート、SF5、またはフルオロカーボン（例えば、-CF3、-CF2CF3）からなる群より選ばれる官能基である。
【００３７】
電解質溶液の別の実施形態において、非水溶媒は、フッ素化エーテルおよびその任意の組合せである。例えば、ある実施形態では、フッ素化エーテルは、式（FX7a）（FX7b）、（FX7c）、（FX7d）、（FX7e）、（FX7f）、または（FX7g）：
【化７】
2018533156.tif 000009
によって特徴付けられる。
【００３８】
電解質溶液の一実施形態では、非水溶媒は、フッ素化ホスファイトおよびその任意の組合せである。例えば、ある実施形態では、フッ素化ホスファイトは、式（FX8a）：
【化８】
2018533156.tif 000010
によって特徴付けられる。
【００３９】
電解質溶液の別の実施形態において、非水溶媒は、フッ素化エステルまたは無水物、およびそれらの任意の組合せである。例えば、ある実施形態では、フッ素化エステルまたは無水物は、式（FX9a）、（FX9b）、または（FX9c）：
【化９】
2018533156.tif 000011
によって特徴付けられる。
【００４０】
電解質溶液の別の実施形態では、非水溶媒は、ニトリルおよびその任意の組合せである。例えば、ある実施形態では、ニトリルは、式（FX10a）、（FX10b）、（FX10c）、または（FX10d）：
【化１０】
2018533156.tif 000012
によって特徴付けられる。
【００４１】
電解質溶液の別の実施形態において、非水溶媒は、フッ素置換芳香族溶媒およびその任意の組合せである。例えば、ある実施形態では、フッ素置換芳香族は、式（FX11a）、（FX11b）、（FX11c）、または（FX11d）：
【化１１】
2018533156.tif 000013
によって特徴付けられる。
【００４２】
電解質溶液の別の実施形態において、非水溶媒は、式（FX12a）または（FX12b）およびそれらの任意の組合せ：
【化１２】
2018533156.tif 000014
によって特徴付けられ、
式中、R7は、置換または非置換のC1-C20アルキル、C3-C20シクロアルキル、C5-C30アリール、C5-C30ヘテロアリール、C1-C20アシル、C2-C20アルケニル、C3-C20シクロアルケニル、C2-C20アルキニル、C5-C20アルキルアリール、C1-C20アルキル、C2-C20アルコキシカルボニル、またはハロであり；または式中、R1-R4の少なくとも二つは一またはそれよりも多くの脂環式または芳香族、炭素環式または複素環式の5または6員環を形成するために組み合わされ、および式中、nは1ないし20の範囲から選ばれる整数である。
【００４３】
さらなる実施形態では、ある電解質溶液が提供される。本電解質溶液には、フッ化物塩、および第一の非水含フッ素溶媒および第一の溶媒とは異なる、第二の、非水溶媒を含め、非水溶媒混合物が含まれる。フッ化物塩には、一またはそれよりも多くのフッ化物イオンおよび有機カチオンが含まれ、そこでは、有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたず、およびカチオン電荷中心は、N、P、S、またはOである。電解質溶液において溶解されたフッ化物イオンの濃度は、0.05Mよりも高いか、またはそれに等しい。
【００４４】
電解質溶液の実施形態は、以下の一またはそれよりも多くを任意の組合せで含むことができる。
【００４５】
電解質溶液の別の実施形態では、電解質溶液において溶解されたフッ化物イオンの濃度は1Mより高いか、またはそれに等しい。電解質溶液の別の実施形態では、電解質溶液において溶解されたフッ化物イオンの濃度は、0.05Mないし20Mの範囲にわたって選ばれる。
【００４６】
電解質溶液の別の実施形態では、第二の、非水溶媒は含非フッ素溶媒である。
【００４７】
電解質溶液の別の実施形態では、第二の、非水溶媒は含フッ素溶媒である。
【００４８】
電解質溶液の別の実施形態では、第一の溶媒および第二の溶媒の量の比は1：2より大きい。電解質溶液の別の実施形態では、第一の溶媒および第二の溶媒の量の比は、1：20から20：1まで、および随意に1：2から9：1までの範囲から選ばれる。
【００４９】
電解質溶液の別の実施形態において、第一の溶媒および第二の溶媒は、それぞれ無関係に極性溶媒である。
【００５０】
電解質溶液の別の実施形態において、第一の溶媒、第二の溶媒、またはその双方は、エーテル、エステル、酸無水物、アミン、アミド、カーボナート、スルホン、スルホニルエステル、ホスファイト、ホスファート、ニトリル、またはグリムからなる群より無関係に選ばれる。
【００５１】
電解質溶液の一実施形態では、第一の溶媒、第二の溶媒、またはその双方は、無関係に、芳香族溶媒である。
【００５２】
電解質溶液の別の実施形態では、第一の溶媒はフッ素化エーテルである。例えば、フッ素化エーテルは、式（FX7a）または（FX7b）、（FX7c）、（FX7d）、（FX7e）、（FX7f）、または（FX7g）：
【化１３】
2018533156.tif 000015
によって特徴付けられる。
【００５３】
電解質溶液の別の実施形態では、第一の溶媒はフッ素化ホスファイトである。例えば、ある実施形態では、フッ素化ホスファイトは、式（FX8a）：
【化１４】
2018533156.tif 000016
によって特徴付けられる。
【００５４】
電解質溶液の別の実施形態では、第一の溶媒はフッ素化エステルまたは無水物である。例えば、ある実施形態では、フッ素化エステルまたは無水物は、式（FX9a）、（FX9b）、または（FX9c）：
【化１５】
2018533156.tif 000017
によって特徴付けられる。
【００５５】
電解質溶液の別の実施形態では、第一の溶媒はフッ素化ニトリルである。例えば、ある実施形態では、フッ素化ニトリルは、式（FX10c）：
【化１６】
2018533156.tif 000018
によって特徴付けられる。
【００５６】
電解質溶液の別の実施形態では、第一の溶媒はフッ素化芳香族溶媒である。例えば、ある実施形態では、フッ素化芳香族溶媒は、式（FX11a）、（FX11b）、（FX11c）、または（FX11d）：
【化１７】
2018533156.tif 000019
によって特徴付けられる。
【００５７】
電解質溶液の別の実施形態において、第二の溶媒は、ニトリル、ベンゾニトリル、ピリジン、およびエステルからなる群より選ばれる。
【００５８】
電解質溶液の別の実施形態において、第二の溶媒は、式（FX10a）、（FX10b）、または（FX10d）：
【化１８】
2018533156.tif 000020
によって特徴付けられるニトリルである。
【００５９】
電解質溶液の一実施形態では、第二の溶媒は、式（FX13a）または（FX13b）：
【化１９】
2018533156.tif 000021
によって特徴付けられる置換または非置換ベンゾニトリルである。
【００６０】
電解質溶液の一実施形態では、第一の溶媒は、式（FX7a）：
【化２０】
2018533156.tif 000022
によって特徴付けられ；および
第二の溶媒は、式（FX10a）：
【化２１】
2018533156.tif 000023
によって特徴付けられる。
【００６１】
電解質溶液の一実施形態では、フッ化物塩には、置換または非置換アンモニウムフッ化物塩が含まれる。
【００６２】
電解質溶液の一実施形態では、置換または非置換アンモニウムフッ化物塩には、式（FX1）：R1R2R3R4N+（FX1）によって特徴付けられる置換または非置換アルキルアンモニウムカチオンが含まれ、式中、各々のR1、R2、R3、およびR4は、無関係に、置換または非置換のC1-C20アルキル、C3-C20シクロアルキル、C5-C30アリール、C5-C30ヘテロアリール、C1-C20アシル、C2-C20アルケニル、C3-C20シクロアルケニル、C2-C20アルキニル、C5-C20アルキルアリール、C1-C20アルキル、C2-C20アルコキシカルボニル、またはハロであり；または式中、R1-R4の少なくとも二つは一またはそれよりも多くの脂環式または芳香族、炭素環式または複素環式の5または6員環を形成するために組み合わされる。
【００６３】
電解質溶液の一実施形態では、R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、ハロゲン置換された置換基である。
【００６４】
電解質溶液の一実施形態では、R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、フッ素置換された置換基である。
【００６５】
電解質溶液の一実施形態では、R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、極性置換基である。
【００６６】
電解質溶液の一実施形態では、R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、置換または非置換のフェニル、ベンジル、または複素環種からなる群より選ばれる極性基である。
【００６７】
電解質溶液の一実施形態では、アンモニウムフッ化物塩は、式（FX2a）；（FX2b）、（FX2c）、または（FX2d）：
【化２２】
2018533156.tif 000024
【００６８】
【化２３】
2018533156.tif 000025
によって特徴付けられる。
【００６９】
電解質溶液の一実施形態では、アンモニウムフッ化物塩は、置換または非置換ネオペンチルアンモニウムフッ化物塩である。
【００７０】
電解質溶液の一実施形態では、置換または非置換ネオペンチルアンモニウムフッ化物塩は、式（FX3a）、（FX3b）、（FX3c）、または（FX3d）：
【化２４】
2018533156.tif 000026
によって特徴付けられる。
【００７１】
電解質溶液の一実施形態では、アンモニウムフッ化物塩には、置換または非置換ベンジルアンモニウムカチオンが含まれる。
【００７２】
電解質溶液の一実施形態では、置換または非置換ベンジルアンモニウムカチオンは、式（FX4a）または（FX4b）：
【化２５】
2018533156.tif 000027
によって特徴付けられ；
式中、R5はO-R6、N-R6、CO2-R6、CF3、SF5、または-SO2R6であり、R5a-R5eは無関係に、H、O-R6、N-R6、CO2-R6、CF3、SF5、または-SO2R6から選ばれ、およびR6はH、C1-C10アルキル、またはC1-C10アリールである。
【００７３】
電解質溶液の一実施形態では、R5は、N-(CH3)2、O-CH3、CO2-CH3またはCF3の一である。電解質溶液のある実施形態では、R6はC1-C10フルオロカーボンである（例えば、CF3またはC2F5）。
【００７４】
電解質溶液の一実施形態では、フッ化物塩には、置換または非置換ヘキサメチレンテトラミン（HMT）フッ化物塩が含まれる。
【００７５】
電解質溶液の一実施形態では、ヘキサメチレンテトラミン（HMT）フッ化物塩は、式（FX5a）、（FX5b）、（FX5c）、または（FX5d）：
【００７６】
【化２６】
2018533156.tif 000028
によって特徴付けられる。
【００７７】
電解質溶液の一実施形態では、フッ化物塩は、置換または非置換の、飽和または不飽和の複素環式フッ化物塩であり、そこで、複素環式カチオンは、一またはそれよりも多くの窒素、酸素、硫黄、または燐原子を、四-、五-、六-、または七-員環の一部分として含み、そこで、一またはそれよりも多くの複素環式カチオンは、複素環式カチオンのアルキル化を通して付与される形式電荷を所有し、および複素環式カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位においてsp3混成炭素をもたない。
【００７８】
電解質溶液の実施態様において、複素環式フッ化物塩は、式（FX6a）、（FX6b）、（FX6c）、（FX6d）、（FX6e）、（FX6f）、（FX6g）、（FX6h）、または（FX6i）：
【化２７】
2018533156.tif 000029
によって特徴付けられる。
【００７９】
さらなる実施形態では、電気化学セルが提供される。本電気化学セルには、正極、負極、および正極と負極の間に設けられる電解質溶液が含まれる。電解質溶液には、フッ化物塩および一またはそれよりも多くの非水溶媒が含まれる。フッ化物塩には、一またはそれよりも多くのフッ化物イオンおよび有機カチオンが含まれる。有機カチオンはβ位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたず、およびカチオン電荷中心はN、P、S、またはOである。電解質溶液において溶解されたフッ化物イオンの濃度は、0.05Mよりも高いか、またはそれに等しい。
【００８０】
ある実施形態では、ある電気化学セルを提供する。本電気化学セルには、正極、負極、および正極と負極の間に設けられる電解質溶液が含まれる。電解質溶液には、フッ化物塩および非水溶媒混合物が含まれる。フッ化物塩には、一またはそれよりも多くのフッ化物イオンおよび有機カチオンが含まれる。有機カチオンはβ位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたず、およびカチオン電荷中心はN、P、S、またはOである。非水溶媒混合物には、第一の非水含フッ素溶媒および第一の溶媒とは異なる、第二の、非水溶媒が含まれる。電解質溶液において溶解されたフッ化物イオンの濃度は、0.05Mより高いか、またはそれに等しい。
【００８１】
いずれかの電気化学セルの実施形態は、以下のうちの一またはそれよりも多くを任意の組合せで含むことができる。
【００８２】
電気化学セルの一実施形態では、電解質溶液において溶解されたフッ化物イオンの濃度は1Mよりも高いか、またはそれに等しい。
【００８３】
電気化学セルの一実施形態では、電解質溶液において溶解されたフッ化物イオンの濃度は、0.05Mないし20Mの範囲にわたって選ばれる。
【００８４】
電気化学セルの別の実施形態では、第二の、非水溶媒は含非フッ素溶媒である。
【００８５】
電気化学セルの別の実施形態では、第二の、非水溶媒は含フッ素溶媒である。
【００８６】
電気化学セルの一実施形態では、電解質溶液は、前記正極および負極の間でフッ化物イオンの輸送を提供する。
【００８７】
電気化学セルの一実施形態では、電解質溶液は、25℃にて0.1mS/cmよりも高いか、またはそれに等しいフッ化物イオンの導電率を提供する。
【００８８】
電気化学セルの実施形態では、電解質溶液はリチウムを含まない。
【００８９】
ある実施形態では、電気化学セルはリチウムを含まない。
【００９０】
ある実施形態では、電気化学セルには、フッ化物イオン電気化学セルが含まれる。
【００９１】
ある実施形態では、電気化学セルには、二次電気化学セルが含まれる。
【００９２】
ある実施形態では、電気化学セルには、バッテリー、フューエルセル、電解システム、またはキャパシターが含まれる。
【００９３】
追加の実施形態では、電解質溶液が提供される。本電解質溶液には、第一のフッ化物塩、第二のフッ化物塩、および一またはそれよりも多くの非水溶媒が含まれる。第一のフッ化物塩には、一またはそれよりも多くのフッ化物イオンおよび有機カチオンが含まれ、そこでは、有機カチオンはβ位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたず、およびカチオン電荷中心は、N、P、S、またはOである。第二のフッ化物塩は、第一のフッ化物塩とは異なり、および一またはそれよりも多くのフッ化物イオンおよび有機カチオンを含み、そこでは、カチオン電荷中心はN、P、S、またはOである。電解質溶液において溶解されたフッ化物イオンの濃度は、0.05Mより高いか、またはそれに等しい。
【００９４】
電解質溶液の実施形態は、以下の一またはそれよりも多くを、任意の組合せで含むことができる。
【００９５】
電解質溶液の一実施形態では、第一のフッ化物塩には、置換または非置換アンモニウムフッ化物塩が含まれ、および第二のフッ化物塩には、置換または非置換アンモニウムフッ化物塩が含まれる。
【００９６】
電解質溶液の一実施形態では、第二のフッ化物塩は、テトラメチルアンモニウムフッ化物（TMAF）または式（FX2a）：
【化２８】
2018533156.tif 000030
によって特徴付けられる。
【００９７】
電解質溶液の一実施形態では、第一のアンモニウムフッ化物塩は、式（FX2b）、（FX2c）、（FX3a）、（FX3b）、（FX4a）、（FX5a）、（FX5b）、（FX5c）、または（FX5d）：
【化２９】
2018533156.tif 000031
によって特徴付けられる。
【００９８】
電解質溶液の一実施形態では、第二のフッ化物塩の有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたない。
【００９９】
電解質溶液の一実施形態では、第二のアンモニウムフッ化物塩は、式（FX2b）、（FX2c）、（FX3a）、（FX3b）、（FX4a）、（FX5a）、（FX5b）、（FX5c）、（FX5d）：
【化３０】
2018533156.tif 000032
によって特徴付けられる。
【０１００】
電解質溶液の一実施形態では、第一のアンモニウムフッ化物塩は、式（FX2b）、（FX2c）、（FX3a）、（FX3b）、（FX4a）、（FX5a）、（FX5b）、（FX5c）、または（FX5d）：
【化３１】
2018533156.tif 000033
によって特徴付けられる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
前述の、および他の目的、特長および利点は、添付の図面において、同様の参照記号が異なる見解を通して同じ部分に言及されて示されるように、実施形態の以下のより一層詳細な説明から明らかになるであろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、実施形態の原理を例示することに重点が置かれる。
【図１】HFおよびHF2-を形成するための乾燥条件下でのテトラアルキルアンモニウムフッ化物塩の分解の説明図である。
【図２】本開示の含フッ化物電解質の実施形態を採用する電気化学セルの実施形態の概略図である。
【図３】図3A-3Bは、(2,2-ジメチルプロピル)トリメチルアンモニウムフッ化物（NpMe3NF）の調製のための提案された合成経路の実施形態の生成物の1Hおよび19F NMRスペクトルである。
【図４】図4A-4Bは、ビス(2,2-ジメチルプロピル)ジメチルアンモニウムフッ化物（Np2Me2NF）の調製のための提案された合成経路の実施形態の生成物の1Hおよび19F NMRスペクトルである。
【図５】図5A-5Bは、NpMe3NFおよびプロピオニトリル（PN）の溶液の1Hおよび19F NMRスペクトルである。
【図６】図6A-6Bは、NpMe3NFおよびビス(2,2,2-トリフルオロエチル)エーテル（BTFE）の溶液の1Hおよび19F NMRスペクトルである。
【図７】図7A-7Bは、NpMe3NFおよび2,6-ジフルオロピリジン（2,6-F2Py）の溶液の1Hおよび19F NMRスペクトルである。
【図８】図8A-8Bは、NpMe3NFおよびビス(2,2,2-トリフルオロエチル)カーボナート（BTFEC）の溶液の1Hおよび19F NMRスペクトルである。
【図９】図9A-9Bは、NpMe3NFおよび3-メトキシプロピオニトリル（3-MeOPN）の溶液の1Hおよび19F NMRスペクトルである。
【図１０】正に分極化されたCH2部分を伴う、および伴わない溶媒におけるフッ化物イオンおよび異なるカチオンの計算された溶媒和自由エネルギー（ΔGs）のプロットである。
【図１１】図11Aは希釈濃度でのBTFE溶媒におけるフッ化物イオンについての分離の関数としての動径分布関数（radial distribution function、半径方向分布関数と言うことがある）のプロットである。  図11BはBTFE、1,2-ジメトキシエタン、および1-エトキシ-2-(メトキシエトキシ)エタンについての溶媒の関数としてのフッ化物イオン配位数のプロットである。
【図１２】図12A-Dは、形態X-CH2-Y-CH2-XおよびX-CH2-CH2-Y-CH2-CH2-Xによって特徴付けられる種々の溶媒分子においてのCH2での部分電荷のプロットである。
【図１３】PN、2,6-F2Py、BTFE、およびPhTFAにおけるNpMe3NFの無水溶液についての0-40℃間の温度依存性イオン伝導度のプロットである。実験後のカールフィッシャー滴定によって測定されたこれらの溶液の含水量は、42ppm（BTFE）、4ppm（2,6-ジフルオロピリジン）、および137ppm（プロピオニトリル）である。
【図１４】図14A-Dは、導電性実験後のBTFE、2,6-F2PyおよびPN溶液の19F NMRスペクトルである。
【図１５】種々の濃度およびPN含量（容量による）でのBTFEにおけるNpMe3NFおよびNp2Me2NFの溶液についての温度依存性イオン伝導度データのプロットである。
【図１６Ａ】図16A-16Bは、フッ化物塩および非水溶媒混合物を含む溶液；（A）NpMe3NF塩；（B）Np2Me2NF塩の導電率（conductivity、伝導度、伝導率とも言う）の棒グラフである。
【図１６Ｂ】図16Aの説明に記載される。
【図１７】本開示の電解質溶液の実施形態についての線形掃引（リニアスイープ）ボルタモグラムから測定された電圧窓の棒グラフである。
【図１８−１】図18AはCu正極およびNpMe3NF/PN電解質溶液を含む電気化学セルの電気化学試験についての比容量（specific capacity）の関数としての電圧のプロットである。  図18Bは図18Aの電気化学セルのCu正極の、初期条件下、放電後、および充電後に測定されるX線回折スペクトルである。
【図１８−２】図18CはCu正極およびNpMe3NF/BTFE電解質溶液を含む電気化学セルの電気化学試験についての比容量の関数としての電圧のプロットである。  図18Dは図18Cの電気化学セルのCu正極の、初期条件下および放電後に測定されるX線回折スペクトルである。
【０１０２】
図面の簡単な説明中の図１中のHF2-
は、
2018533156.tif 000034
を表示するものである。
【発明を実施するための形態】
【０１０３】
詳細な記載
概して、ここに使用する用語および語句は、それらの技術で認識される意味を有し、それらはその技術において熟練する者（当業者と言うことがある）に知られる標準的なテキスト、雑誌参考文献および文脈を参照することによって見出すことができる。以下の規定は、開示された実施形態の関係におけるそれらの特定の使用を明確にするために提供する。
【０１０４】
「β-位においての炭素」または「β-炭素」は、関心がある原子、基、官能基または他の部分から除かれる炭素原子のものを指す。一定の実施形態において、関心がある官能基は、第四級アルキルアンモニウム官能基であり、およびβ-炭素は、アルキルアンモニウム官能基からの第二の炭素である。
【０１０５】
「無水」は、塩、例えば、フッ化物塩などのようなものを含め、それが水を実質含まない組成に言及する。ある実施形態では、例えば、百万あたり1000部（1000ppm）未満、およびいくらかの実施態様において百万あたり100部（100ppm）未満の量の水によって特徴付けられる無水フッ化物塩が提供される。一実施形態では、例えば、ここに開示するようなフッ化物塩が無水形態で提供され、および一またはそれよりも多く（一以上と言うことがある）の非水溶液中に少なくとも部分的に溶解されるフッ化物イオン含有溶液の製造方法が提供される。
【０１０６】
用語「電気化学セル」は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換し、または電気エネルギーを化学エネルギーに変換するデバイスおよび/またはデバイス構成要素に言及する。電気化学セルは、二またはそれよりも多くの電極（例えば、正および負の電極）および電解質を有し、そこでは、電極表面にて生じる電極反応は、電荷移動プロセスをもたらす。電気化学セルには、制限されないが、一次バッテリー（一次電池と言うことがある）、二次バッテリー、電解システム、およびキャパシター（コンデンサと言うことがある）が含まれる。
【０１０７】
「電極」は、導電体に言及し、そこでは、イオンおよび電子が電解質および外部回路と交換される。「正の電極」および「カソード」は、本明細書では同義語的に使用し、および電気化学的セルにおいてより一層高い（すなわち、負の電極よりも高い）電極電位を有する電極に言及する。「負の電極」および「アノード」は、本明細書中では同義語的に使用され、および電気化学的セルにおいてより一層低い（すなわち、正の電極より低い）電極電位を有する電極に言及される。カソード還元は化学種の電子（群）の獲得に言及し、およびアノード酸化は化学種の電子（群）の損失に言及する。本電気化学セルの正電極および負電極は、導電性希釈剤、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、粉体グラファイト、コークス、炭素繊維、および金属粉などのようなものをさらに含むことができ、および/またはバインダー、例えば、ポリマーバインダーなどのようなものをさらに含みうる。いくつかの実施形態において、正極のための有用なバインダーには、フルオロポリマー、例えば、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）などのようなものが含まれる。本電気化学セルの正および負の電極は、有用な配置（configuration、構成と言うことがある）および形状因子の範囲において、薄い電極設計、例えば、薄膜電極配置などのようなものを含め、電気化学およびバッテリー科学の技術において知られるように提供され得る。電極は、ここに開示されるように、および当技術において知られ、例えば、米国特許第4,052,539号、第6,306,540号、第6,852,446号明細書に記載されるように製造され、各々を参照することによってここに組み込む。いくらかの実施形態について、電極は典型的に、電極物質、導電性不活性物質、バインダー、および液状キャリアを電極電流コレクタにて堆積させること、および次いでキャリアを蒸発させて、粘性塊を電流コレクタと電気的接触にさせることによって組み立てられる。
【０１０８】
F-を含む水性溶液は、電気化学的用途における電解質としての使用には問題がある。例えば、図1において例示するように、F-イオンは水と迅速に反応し、フッ化水素酸（HF）および複合イオン
2018533156.tif 000035
（HF2-と記すことがある）を形成する。HFの形成は望ましくなく、それは腐食性が強く、および毒性が非常に高いためである。さらに、HF2-は、電気化学的用途においてF-よりもはるかに活性が低く、および極端な場合には、不活性でさえありうる。HF2-はまた、興味があるカソード反応より低い電位でH2を発生させ、電気化学的用途における有用な電位窓が制限され、およびその電解質を採用する電気化学的セル（例えば、バッテリー）の障害が潜在的に生じる。
【０１０９】
これらの問題を回避するため、非水F-電解質溶液の使用が望ましい。しかしながら、F-の非水溶液は、有用であるのに足りる高い濃度（例えば、0.05Mより高いか、またはそれに等しい（0.05M以上であると言うことがある））で調製することは困難であることが判明した。例えば、次の：
・金属フッ化物は、「可溶化」種、例えば、クラウンエーテルなどのようなものの存在下でさえ、非水溶媒において高度に不溶性である。例えば、D. A. Wynn（ウィン）ら、「The solubility of alkali-metal fluorides in non-aqueous solvents with and without crown ethers, as determined by flame emission spectroscopy（フレーム発光分光法によって測定された、クラウンエーテルを含む、および含まない非水溶媒におけるアルカリ金属フッ化物の溶解度）」、Talana（タランタ）、Vol. 31、No. 11（1984年11月）、1036-1040頁参照。
・有機フッ化物は典型的に、乾燥条件下で（例えば、図1に例示するように、ホフマン除去反応を通して）、有機カチオン（有機陽イオンとも言う）とF-との反応性が原因で、水分汚染を除去するために乾燥するのが困難である。例えば、R.K. Sharma（シャルマ）およびJ.L. Fry（フライ）、「Instability of anhydrous tetra-n-alkylammonium fluorides（無水テトラ-n-アルキルアンモニウムフッ化物の不安定性）」、J. Org. Chem.（ザ・ジャーナル・オブ・オーガニック・ケミストリー）、Vol. 48、No.12（1983年6月）、pp. 2112-2114参照。
・一定の場合に、無水有機フッ化物塩、例えば、テトラメチルアンモニウムフッ化物（TMAF）などのようなものが知られ、これらの塩は非水溶媒において難溶性である。例えば、K.O. Christe（クリステ）ら、「Syntheses, properties, and structures of anhydrous tetramethylammonium fluoride and its 1:1 adduct with trans-3-amino-2-buteneitrile（無水テトラメチルアンモニウムフッ化物およびそのトランス-3-アミノ-2-ブテンニトリルとの1：1付加物の合成、特性、および構造）」、J. Am. Chem. Soc.（ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサエティ）、Vol. 112、No. 21（1990年10月）参照。
【０１１０】
上記の問題に対処するため、本開示の実施形態は、無水形態で調製することができる、リチウムフリー（リチウムを含まないことを意味する）の、フッ化物塩を提示する。これらのフッ化物塩の分子構造は、分解することなく無水にされるそれらの能力を促進する。例えば、フッ化物塩には、一またはそれよりも多くのフッ化物イオン、およびβ位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたない有機カチオン（例えば、N、P、S、またはOの電荷中心を有する）が含まれる。
【０１１１】
本開示のさらなる実施形態は、非水溶媒においてこれらのフッ化物塩の高濃度溶液（例えば、0.05Mより高いか、またはそれに等しく、および場合によっては最大20Mまで）を提示する。以下により一層詳細に論ずるように、これらのフッ化物塩と少なくとも一の含フッ素非水溶媒との組み合わせが、フッ化物塩の非水溶媒内での溶解性を増進することが確認された。さらなる実施形態では、溶媒は、少なくとも一の非水性の含フッ素溶媒および少なくとも一の非水性の含非フッ素溶媒（non-fluorine containing solvent）の混合物であってもよい。
【０１１２】
本開示のさらなる実施形態は、電気化学的用途、例えば、フッ化物イオンバッテリー、電気化学二重層キャパシター、および電気化学的フッ素化反応などのようなものにおけるこれらの高濃度電解質溶液の使用を提示する。
無水フッ化物塩
【０１１３】
考察は、次に、無水フッ化物塩の実施形態の設計検討に変わる。いくつかの用途では、無水フッ化物塩は無水形態において安定であり、およびリチウムを含まない。以下の実施例においてさらに論じるように、無水フッ化物塩および一以上の非水溶媒の実施形態を含む溶液は、0.05Mよりも高いか、またはそれに等しい、一以上の非水溶媒内に溶解されたフッ化物イオンの濃度を見せる。さらなる実施形態では、一以上の非水溶媒内に溶解されたフッ化物イオンの濃度は最大で20Mまでである。さらなる実施形態では、フッ化物イオンの濃度は0.05Mないし20Mの範囲にわたって選ばれる。
【０１１４】
図1に関して上述したように、無水フッ化物塩はHFおよびHF2-の形成を避けることが望ましい。一実施形態では、この目的は、一以上のフッ化物イオンおよび有機カチオンを含むフッ化物塩によって達成することができ、そこでは、有機カチオンは結合水素を有するβ位において炭素をもたず、この結合水素が乾燥の際に反応するからである。例えば、図1に例示すように、β-炭素は、第四級アルキルアンモニウム官能基（N-(CH3)3）-+の窒素から除去された一の炭素原子であり、および乾燥の際にHFが除去される。
【０１１５】
別の実施形態において、この目的は、一以上のフッ化物イオンおよび有機カチオンを含むフッ化物塩によって達成され得、そこでは、有機カチオンはβ位において炭素をもたない。カチオン電荷中心は、窒素（N）、リン（P）、硫黄（S）、または酸素（O）から選ぶことができる。
【０１１６】
しかし、特に、β位において炭素が存在しないか、または結合水素を有するβ位において炭素が存在しないことは、フッ化物塩の非水溶媒での高レベルの溶解度を促進するには不十分であり得ることが観察された。例えば、以下に例示する、テトラメチルアンモニウムフッ化物（TMAF）が考えられる。
【化３２】
2018533156.tif 000036
テトラメチルアンモニウムフッ化物（TMAF）
以下に詳細に論じるように、TMAFは非水溶媒にあまり溶解しないことが観察された。
【０１１７】
β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたないフッ化物塩の溶解度は、カチオンのアルキル化および/または置換の程度を増加させること、および/またはカチオンの対称性を減少させることによって改善され得ることが確認された。例えば、表1に例示するように、カチオンをネオペンチル(2,2-ジメチルプロピル)基により置換することで、アルキル化による溶解性を高めながらホフマン脱離を乾燥の際に（upondrying）回避することが一つの解決策である。
【表１】
2018533156.tif 000037
後述するように、ネオペンチルフッ化物塩には、制限されないが、(2,2-ジメチルプロピル)トリメチルアンモニウムフッ化物（NpMe3NF）およびビス(2,2-ジメチルプロピル)ジメチルアンモニウムフッ化物（Np2Me2NF）が含まれる。包括的に、無水フッ化物塩の実施形態は、置換または非置換アンモニウムフッ化物塩（フッ化アンモニウム塩とも言う）であってもよい。
【０１１８】
理論に束縛されないが、アルキルアンモニウムカチオンの電子供与性または電子求引性によるアルキル化および/または置換は、カチオン電荷中心での電荷を修飾すると考えられる。さらに、溶媒および実施例に関してより一層詳細に後述するように、部分正電荷を有するCH2部分が含まれる溶媒がそのような塩と組み合わせされるとき、溶媒によるカチオン、ならびにフッ化物アニオンの溶媒和は、改善され得る。
非水溶媒
【０１１９】
塩としてNpMe3NFを用いて実行される溶媒スクリーニングを、以下、例3において詳細に論じる。このスクリーニングから識別される適切な非水溶媒の実施態様は、以下に概説される。ある実施形態では、非水溶媒には、少なくとも一のフッ素化された、非水溶媒が含まれる。一実施形態では、非水溶媒は、形態XCH2YCH2XまたはXCH2CH2YCH2CH2X（すなわち、[X-(CH2)n-Y]、式中、n=1または2である）によって特徴付けられ、式中、XおよびYは極性官能基（すなわち、電子求引基）であり、CH2基またはその基群での部分正電荷を付与するために結合された効果（複合効果と言うことがある）を有する。たとえば、YはOまたはSであってよい。Xは官能基であることができ、それには、制限されないが、エーテル、エステル、酸無水物、アミン、アミド、カーボナート、スルホン、スルホニルエステル、ホスファイト（亜リン酸塩または亜リン酸エステルと言うことがある）、ホスファート（リン酸塩と言うことがある）、ニトリル、ニトロ、アルデヒド、アセタート、SF5、またはフルオロカーボン（フッ化炭素と言うことがある）（例えば、-CF3、-CF2CF3）が含まれる。
【０１２０】
別の実施形態において、非水溶媒は、芳香族溶媒であり、それには、形態[X(CH2)n-Y]によって特徴付けられ、式中、n=1または2、および式中、XおよびYは、CH2基またはその基群での部分正電荷を付与するために複合効果を有する少なくとも一の極性官能基を含む。電解質溶液の別の実施形態では、YはOまたはSであり、およびXは、制限されないが、エーテル、エステル、酸無水物、アミン、アミド、カーボナート、スルホン、スルホニルエステル、ホスファイト、ホスファート、ニトリル、ニトロ、アルデヒド、アセタート、SF5、またはフルオロカーボン（例えば、-CF3、-CF2CF3）が含まれる群より選ばれる官能基である。
【０１２１】
さらなる実施形態では、非水溶媒は、第一の非水性含フッ素溶媒および第二の非水性含非フッ素溶媒の混合物である。第一の溶媒および第二の溶媒の量の比は1：2より大きい。例えば、第一の溶媒および第二の溶媒の量の比は、1：20から20：1まで、および随意に1：2から9：1までの範囲から選ばれる。別の実施形態において、第一の溶媒および第二の溶媒は、それぞれ無関係に極性溶媒である。
フッ化物塩の混合物を含む電解質溶液
【０１２２】
追加の実施形態では、一よりも多くのフッ化物塩を含む電解質溶液（電解液とも言う）が考えられる。例えば、電解質溶液は、第一のフッ化物塩、第二のフッ化物塩、および一以上の非水溶媒を含むことができる。いくつかの実施形態では、例えば、第一のフッ化物塩は、一以上のフッ化物イオンおよび有機カチオンを含むことができ、そこでは、有機カチオンはβ位において炭素をもたず、または結合水素を有するβ位において炭素をもたなず、およびカチオン電荷中心はN、P、S、またはOである。いくつかの実施形態では、例えば、第二のフッ化物塩は、第一のフッ化物塩と異なり、および一以上のフッ化物イオンおよび有機カチオンを含むことができ、そこで、カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOである。いくつかの実施形態では、例えば、電解液において溶解される前記フッ化物イオンの濃度は、0.05Mより高いか、またはそれに等しい。
電気化学セル
【０１２３】
さらなる実施形態では、電気化学セルが提供される。本開示の電気化学セルの実施形態には、制限されないが、一次電気化学セル、二次フッ化物イオン電気化学セル、バッテリー、フューエルセル（燃料電池とも言う）、電解システム、およびキャパシターが含まれ得る。電気化学セルには、正電極（正極とも言う）（すなわち、カソード）、負電極（負極とも言う）（すなわち、アノード）、および正極と負極との間に設けられる電解質溶液が含まれる。電解質溶液は、ここで論じる任意の実施形態を含み得る。
【０１２４】
一実施形態では、電気化学セルは、異なるアニオン電荷キャリアホスト材料が含まれる正および負電極によるアニオン電荷キャリアの収容および放出を含む同時酸化および還元反応の原理で動作する。これらのシステムでは、電解質溶液は、アニオン電気化学セルの放電および充電中に、正および負電極間でアニオン電荷キャリア（例えば、フッ化物イオン）の輸送を提供する。例えば、電気化学セルで利用されるとき、開示された電解質溶液の実施形態は、25℃にて0.1mS/cmよりも高いか、またはそれに等しいフッ化物イオンの導電率を提供することができる。
【０１２５】
以下の電極半反応、セル反応および電解質反応は、本開示のアニオン性電気化学セルがそれによって動作する基本原理を説明および記載するために提供される。
（i）電極反応
【０１２６】
説明の目的で、A-はアニオン電荷キャリア、PAnは正電極アニオンホスト材料、およびNAmは負電極アニオンホスト材料であると仮定する。一次バッテリーでは、放電反応だけが起こる：
【化３３】
2018533156.tif 000038
【０１２７】
放電中のフッ化物イオン電気化学セルの実施態様の略図を図2において示す。放電中、フッ化物アニオンは正電極（すなわち、指定されたカソード）から放出され、電解質溶液を通って移動し、および負電極（すなわち、指定されたアノード）によって収容される。図2において示されるように、放電中の電子の流れの方向は、負電極から正電極への方向である。フッ化物イオン電気化学セルの充電中、フッ化物アニオンは、負電極から放出され、電解質溶質を通って移動し、および正電極によって収容される。充電中の電子の流れの方向は、正電極から負電極に向かう方向である。放電および充電中のフッ化物イオンの放出および収容は、電極で起こる酸化および還元反応から生じる。
【０１２８】
広範な電極物質を、開示された液状電解質の実施形態と共に使用することができる。安全性を改善するために、リチウムフリー電極、または実質リチウムフリーの電極、または低重量パーセントのリチウム（例えば、10％未満のリチウム）を有する電極を用いることができる。
（ii）電極組成
【０１２９】
本開示のフッ化物イオン電気化学セルの正および負電極のための活物質には、電気化学セルの放電および充電中に電解質からフッ化物イオンを収容することが可能なフッ化物イオンホスト物質が含まれる。このような関係において、フッ化物イオンの収容には、ホスト物質へのフッ化物イオンの挿入、ホスト物質へのフッ化物イオンのインターカレーションおよび/またはホスト物質とのフッ化物イオンの反応が含まれる。収容には、合金形成反応、表面反応および/またはホスト物質とのバルク反応が含まれる。本開示の二次フッ化物イオンバッテリーにとって、サイクルの際にフッ化物イオンホスト物質を著しく劣化させることなく、フッ化物イオンを電解質と可逆的に交換することが可能なフッ化物イオンホスト物質の使用が好適である。
【０１３０】
一実施形態では、本開示のフッ化物イオン電気化学セルの負極には、フッ化物イオンホスト物質、例えば、フッ化物の化合物などのようなものが含まれ、低標準還元電位、可能なら、若干の用途のために約-1Vより低いか、またはそれに等しく、およびより一層さらに可能なら、若干の用途のために約-2Vより低いか、またはそれに等しいものをもつ。電気化学セルの負極のための有用なフッ化物イオンホスト物質には、制限されないが、次の：LaFx、CaFx、AlFx、EuFx、LiC6、LixSi、LixGe、Lix(CoTiSn)、SnFx、InFx、VFx、CdFx、CrFx、FeFx、ZnFx、GaFx、TiFx、NbFx、MnFx、YbFx、ZrFx、SmFx、LaFxおよびCeFxが含まれる。電気化学セルの負極のための好ましいフッ化物ホスト物質は、要素フッ化物MFxであり、式中、Mはアルカリ土類金属（Mg、Ca、Ba）であり、Mは遷移金属であり、Mは第13族に属し（B、Al、Ga、In、Tl）、またはMは希土類元素（原子番号Zは57および71の間）である。本開示にはまた、アニオンイオン電荷キャリアが含まれるフッ化物イオンを可逆的に交換することが可能なポリマー（群）を含む負極フッ化物イオンホスト物質が含まれる。そのような共役ポリマーの例は、制限されないが、次の：ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンおよびポリパラフェニレンである。本開示において負極に有用なポリマー材料は、Manecke（マネッケ）, G.およびStrock（ストロック）, W.、「Encyclopedia of Polymer Science and Engineering（エンサイクロペディア・オブ・ポリマー・サオエンス・アンド・エンジニアリング）、2nd Edition（第二版）」、Kroschwitz（クロシュウィッツ）, J., I.、編。John Wiley（ジョン・ワイリー）、New York、1986、vol.5、pp.725-755にさらに説明され、および記載されており、それはここでの開示と矛盾しない程度に参照によりここに組み込まれる。
【０１３１】
一実施形態では、本開示のフッ化物イオン電気化学セルの正極は、フッ化物イオンホスト物質、例えば、フッ化物化合物などのようなものを含み、高い標準還元電位をもち、それは好ましくは、いくらかの適用について、約1Vより高いか、またはそれに等しく、およびより一層好ましくは、いくらかの適用について、約2Vより高いか、またはそれに等しい。ある実施形態では、正極のフッ化物イオンホスト物質は、フッ化物イオンインターカレーション化合物を生成するようにフッ化物イオンを収容することが可能なインターカレーションホスト物質である。「インターカレーション」は、イオンがホスト物質に挿入し、移動性ゲストイオン、例えば、フッ化物イオンなどのようなものの挿入と一体となる電気化学的電荷移動プロセスを伴うホスト/ゲスト固形状態レドックス反応を介してインターカレーション化合物を生成するプロセスに言及する。ホスト物質の主な構造的特長は、インターカレーションを介するゲストイオンの挿入後に保存される。いくらかのホスト物質において、インターカレーションはゲストイオンが層状ホスト物質の中間層ギャップ（例えば、ギャラリー）に取り込まれるプロセスに言及する。
【０１３２】
本開示の電気化学セルの正極のための有用なフッ化物イオンホスト物質には、制限されないが、CFx、AgFx、CuFx、NiFx、CoFx、PbFx、CeFx、MnFx、AuFx、PtFx、RhFx、VFx、OsFx、RuFx、およびFeFxが含まれる。ある実施形態では、正極のフッ化物イオンホスト物質は、式CFxを有する部分フッ素化（subfluorinated）炭素質材料であり、式中、xはフッ素原子対炭素原子の平均原子比率であり、および約0.3ないし約1.0の範囲から選ばれる。この実施形態の正極に有用な炭素質材料は、グラファイト、グラフェン、コークス、単層または多層（single or multi-walled）カーボンナノチューブ、重層化（multi-layered）カーボンナノファイバー、重層化カーボンナノ粒子、カーボンナノウィスカーおよびカーボンナノロッドからなる群より選ばれる。本開示はまた、アニオンイオン電荷キャリアを含むフッ化物イオンを可逆的に交換することが可能なポリマー（群）が含まれる、正極フッ化物イオンホスト物質を含む。正極用の共役ポリマーの例には、制限されないが、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンおよびポリパラフェニレンが含まれる。
【実施例】
【０１３３】
開示する無水フッ化物塩、電解質溶液、および電気化学セルの実施形態の実践を説明するために、以下の特定の例を示すが、決して制限的とみなされるべきではない。
例1-無水ネオペンチルアンモニウムフッ化物塩の合成および特徴付け
【０１３４】
二つのネオペンチルアンモニウムフッ化物無水物塩、(2,2-ジメチルプロピル)トリメチルアンモニウムフッ化物（NpMe3NF）およびビス(2,2-ジメチルプロピル)ジメチルアンモニウムフッ化物（Np2Me2NF）の10グラムスケールのバッチを合成するための改善された方法を、以下に述べる。
（i）NpMe3NF：
【０１３５】
NpMe3NFは、ネオペンチルアミン出発物質（C5H13N）および以下の（E1-1）に例示される正味の反応から形成される：
【化３４】
2018533156.tif 000039
例えば、ネオペンチルアミンをギ酸およびホルムアルデヒドで処理して、N,N,2,2-テトラメチル-1-プロパンアミンを形成する（E1-1a）：
【化３５】
2018533156.tif 000040
次いで、N,N,2,2-テトラメチル-1-プロパンアミンをCH3Iでの処理によりメチル化して、アンモニウム塩NpMe3NIを形成する（E1-1b）：
【化３６】
2018533156.tif 000041
あるいはまた、ネオペンチルアミンは、過剰のCH3Iでの、K2CO3およびEtOHでの処理、続いて2-プロパノールからの再結晶によって網羅的にメチル化され、アンモニウム塩NpMe3NIを直接得ることができる（E1-1a'）：
【化３７】
2018533156.tif 000042
この後者の合成経路は、反応時間を大幅に短縮し、および全体の収率を改善する。
【０１３６】
しかる後、ヨウ素アニオンは、Ag2OおよびH2Oとの反応によってヒドロキシルアニオンにより置換される（E1-1c）：
【化３８】
2018533156.tif 000043
この反応を1時間行い、次いでろ過し、およびろ液を次の反応に直接使用する（E1-1d）。
【０１３７】
最後に、HF滴定手順に従って、NpMe3NFを得る（E1-1d）：
【化３９】
2018533156.tif 000044
共沸乾燥プロセスを使用し、ロータリーエバポレーター（3×）で「ベンチトップ」（すなわち無水ではない）2-プロパノール溶媒を使用して混合物から大部分の水が除去された。続いて、混合物を、ミクロンフィルター（0.2μm）を通して2-プロパノール溶液においてろ過し、痕跡量の灰色不純物（おそらく残留銀塩）を除去する。ろ過後、無水2-プロパノールを使用し、残りの物質を5×共沸水の除去によって乾燥させる。得られる白色粉体を100℃にて、約80mTorrで5日間乾燥する。純度を確かにし、および痕跡量の水を十分に除去するために、白色粉体をアルゴン雰囲気下に、グローブボックスにおいて乾燥した乳鉢と乳棒を用いて十分に粉砕した。細かく砕いた粉体を乾燥プラスチックボトルに移し、および次いで約80mTorrにて7日間置いた。無水NpMe3NFの合計収量は約10g（ヨウ化物から88％）である。
（ii）Np2Me2NF：
【０１３８】
Np2Me2NFは、ネオペンチルアミン出発物質（C5H13N）から形成し、および正味の反応を以下に例示する（E1-2）：
【化４０】
2018533156.tif 000045
例えば、ネオペンチルアミンをトリメチルアセチル塩化物、クロロホルム（CHCl3）およびトリエタノールアミン（TEA）で処理し、N-ネオペンチルピバラミドを形成する（E2-2a）：
【化４１】
2018533156.tif 000046
【０１３９】
続いて、N-ネオペンチルピバラミドを水素化アルミニウムリチウム（LiAlH4）、n-ブチルエーテル（n-Buエーテル）、およびジエチルエーテルで処理して、第二アミンジ-ネオペンチルアミンを形成する（E1-2b）：
【化４２】
2018533156.tif 000047
【０１４０】
ジ-ネオペンチルアミンのメチル化を、アセトニトリルにおいて還流下で6日間実行し、アンモニウム塩Np2Me2NIを形成する（E1-2c）：
【化４３】
2018533156.tif 000048
【０１４１】
Np2Me2NIをNp2Me2NFに変換するために、上記の修飾した滴定後の乾燥手順もここで続ける（E1-2d）、（E1-2e）：
【化４４】
2018533156.tif 000049
無水Np2Me2NFの合計収量は約10gであり、ヨウ化物からは87％を有する。
（iii）NMR特徴付け：
【０１４２】
合成されたNpMe3NFおよびNp2Me2NF塩は、それぞれ重水素化アセトニトリル（CD3CN）において、1Hおよび19F NMR分光法によって特徴付ける。NpMe3NFについて測定されたNMRスペクトルを図3A-3Bにおいて例示する。NpMe2NFについて測定されたNMRスペクトルを図4A-4Bにおいて例示する。
【０１４３】
図3A、4Aにおいて例示される1Hスペクトルを参照すると、合成されたNpMe3NFおよびNp2Me2NF塩は主要不純物を含まない。
【０１４４】
図3B、4Bにおいて例示される19Fスペクトルを参照すると、CD3CN溶液において無水物のF-についてF-のケミカルシフト特性がそれぞれの場合に観察される。
例2−NpMe3NFを用いる溶媒スクリーニング
【０１４５】
種々の溶媒クラスにおけるNpMe3NFの溶解度および安定性をスクリーニングし、およびその結果を以下の表2において示す。溶媒内に溶解したNpMe3NFの濃度が0.05Mより高い場合、NpMe3NFは与えられた溶媒に可溶性であると判定される。
（i）NpMe3NF溶解度：
【表２−１】
2018533156.tif 000050
【表２−２】
2018533156.tif 000051
表2の結果を検討すると、最も高いNpMe3NF溶解度を与える溶媒はフッ素化溶媒（すなわち、BTFE、TTFP、TFE-TFA）であることが観察される。さらに、NpMe3NF BTFEの溶解度は非常に大きい。およそ0.195gのNpMe3NF（1.3mmol）が0.95g BTFE（0.068mL）において溶解することが見出され、NpMe3NFが19M（19.31M）より高いBTFEにおける近似溶解度を有することが示される。さらに、BTFEにおいてNpMe3NFの溶解度は、調べた他の溶媒の溶解度よりも著しく高い。
（ii）溶解度の比較：TMAF対NpMe3NFおよびNp2Me2NF
【０１４６】
表3および4において例示する、フッ素化溶媒3-フルオロベンゾニトリルおよびBTFEを用いて、TMAF、NpMe3NF、およびNp2 Me2NFの溶解度間のさらなる比較を実行する。
【表３】
2018533156.tif 000052
【表４】
2018533156.tif 000053
【０１４７】
有用な濃度（例えば、>0.05M）にてTMAFがこれらのフッ素化溶媒において溶解しないことが観察される。対照的に、NpMe3NFおよびNp2Me2NFは、著しく高い溶解度を見せる。これらの結果は、非水溶媒において高い溶解性を得るために、フッ化物塩のフッ化物含有カチオンおよびフッ素化溶媒との組合せが必要であることを指し示す。
（iii）NpMe3NF安定性：
【０１４８】
様々な溶媒におけるNpMe3NF安定性を、1Hおよび19F NMR測定によって分析する。F-イオンに対して「化学的に安定」である溶媒について使用される予備的な基準は、重水素化アセトニトリル溶媒（CD3CN）からのDF2-形成から生じる1：1：1トリプレットと一緒に、19Fスペクトルにおける明瞭で、鋭いピークの観察である。対応する1Hおよび19F NMRスペクトルを図5-9において例示する。プロピオニトリル（PN）、BTFE、および2,6-ジフルオロピリジン（2,6-F2Py）は良好な安定性を示したことが観察される。対照的に、例えば、ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)カーボナート（BTFEC）および3-メトキシプロピオニトリル（3-MeOPN）は低い安定性を見せた。
例3−フッ化物-溶媒相互作用の理論的モデリング
【０１４９】
理論上のモデル化は、上記で確認された第四級アルキルアンモニウムフッ化物塩および高められた溶解度を生じさせる溶媒の間の相互作用の性質をより一層良好に理解するために実行される。フッ化物塩TMAF、NpMe3NF、およびNp2Me2NFならびにある範囲の置換アルキル-およびベンジルアンモニウム塩を、BTFE、グリム（グライムと言うことがある）、および関連する溶媒において研究する。
（i）溶媒和自由エネルギー：
【０１５０】
計算された溶媒和自由エネルギー（ΔGs）を、図10において、（i）溶媒にて正に極性化されたCH2部分を有しない溶媒（最も左側の溶媒）および（ii）溶媒にて正に極性化されたCH2部分を有する溶媒（すなわち、形態[X-(CH2)n-Y]、式中、n=1または2によって特徴付けられるもの）でのフッ化物および種々のカチオンについて示す。溶媒和自由エネルギーは熱力学的積分法を用いて真空から溶媒への移動自由エネルギーとして算出される。
【０１５１】
CH2部分を含まない溶媒に関連して、CH2部分の除去が観察され、フッ化物塩の溶解性において驚異的な低下がもたらされる。逆に、形態X-CH2-Y-CH2-XおよびX-CH2CH2-Y-CH2CH2-Xによって特徴付けられる溶媒は、計算されたフッ化物溶媒和自由エネルギーの10倍までの増加を見せる。これらのシミュレーションは、フッ化物：CH2相互作用に起因するフッ化物溶媒和での相対的増加、およびこれがカチオン分子構造における適切な置換によっていかに変調され得るかを例示する。
（ii）分子動力学シミュレーション：
【０１５２】
ある範囲の溶媒においてフッ化物の分子動力学シミュレーションを、図11A-11Bにおいて示すように、統計的に平均化されたフッ化物配位構造を決定するために実行する。図11Aを参照すると、BTFE：F-配位についての動径分布関数は、どの基が、フッ化物からの種々の変位で存在し、および第一の配位シェルでのCH2の大部分の存在を実証するかを示す。
【０１５３】
図11Bを参照すると、いくつかの溶媒（BTFE、1,2-ジメトキシエタン、および1-エトキシ-2-(メトキシエトキシ)エタン）において第一のフッ化物配位シェルでの非水素原子の平均数を算出するシミュレーション結果が提示される。BTFEの構造を調べると、各CH2基は一つの酸素および一つのCF3基に隣接することが観察され得る。対照的に、1,2-ジメトキシエタンおよび1-エトキシ-2-(メトキシエトキシ)エタンの双方において、CH2基は二つの酸素に隣接し、1-エトキシ-2-(メトキシエトキシ)エタンが、1,2-ジメトキシエタンと比較して、それに隣接する追加の酸素および二つの追加のメチレンを有する。概して、CF3基および酸素の双方は電子求引性であり、各溶媒のケースでは、他のすべての官能基を合わせたもの（〜1-3）よりも高いCH2の配位数（〜7-8）によって証明されるように、他の官能基と比較して、CH2を伴うフッ化物の顕著な優先的関係が存在する。この観察結果は、CH2を伴うフッ化物の関係が、CH2基に隣接する電子求引基の存在によって促進されるという提案を支持する。この観察結果はさらに、改善されたフッ化物塩の溶解性に対する溶媒または溶媒混合物の合理的な選定を可能にする。
（iii）部分電荷分析：
【０１５４】
CH2基での部分原子電荷を、形態X-CH2-Y-CH2-XおよびX-CH2-CH2-Y-CH2-CH2-Xによって特徴付けられる溶媒分子で、式中、XおよびYは電子求引性基であり、部分的に正の電荷をCH2基に与えるために複合効果を有するものについて、この仮説を探求するためにさらに調べる。YはOまたはSであり、およびXは、エーテル、エステル、酸無水物、アミン、アミド、カーボナート、スルホン、スルホニルエステル、ホスファイト、ホスファート、ニトリル、ニトロ、アルデヒド、アセタート、SF5、またはフルオロカーボン（例えば、-CF3、-CF2CF3）からなる群より選ばれる官能基である。部分電荷は、密度（汎）関数理論計算電子密度（density functional theory calculated electron densities）（B3LYP/def2-PVTZレベルの理論）を有するCHELPアルゴリズムを用いて計算され、および図12A-12Dにおいて例示される。
【０１５５】
形態X-CH2-Y-CH2-XおよびX-CH2-CH2-Y-CH2-CH2-Xによって特徴付けられる溶媒分子は、一貫してCH2部分での増加した正電荷を見せることが観察される。上記理論的結果と併せて、このことは、正に荷電したCH2基が、広範囲の電子求引性単位を通した特定の溶媒または溶媒混合物においてフッ化物の配位および溶解を仲介することを実証する。
例4−NpMe3NFおよびNp2Me2NF溶液の電気化学的試験
（i）NpMe3NF溶液のベースライン電気化学試験
【０１５６】
多数の無水NpMe3NFおよびNp2Me2NF溶液についてイオン伝導度をACインピーダンス分光法によって0、10、25および40℃で調べた。測定は、二つの平行なPt電極の間に溶液を封止するTeflon（テフロン、商標）リングを含む空気フリーのガラス導電率セルを使用して、100mHzと1MHzの間で取得する。Pt電極は〜1cmだけ離れる（各実験の前に0.1M KCl（aq.）の導電率を測定することによってセル定数を決定する）。Tenney（テニイ）TUJRチャンバによって熱制御が提供され、サンプル（試料と言うことがある）は測定前に熱平衡に達することができる（時間の経過とともにインピーダンススペクトルでの無変化の観察によって決定される）。
【０１５７】
図13は、PNにおいてNpMe3NF（0.07M）、2,6-F2PyにおいてNpMe3NF（0.22M）、
2,6-F2PyにおいてNpMe3NF（0.35M）、BTFEにおいてNpMe3NF（1.0M）、およびPhTFAにおいてNpMe3NF（0.38M）についてイオン伝導率測定結果を示す。実験後のカールフィッシャー滴定によって測定されたこれらの溶液の含水量は、42ppm（BTFE）、4ppm（2,6-ジフルオロピリジン）、および137ppm（プロピオニトリル）である。これらの測定値は、すべての溶液が室温（25℃）で相当のイオン伝導度（>0.1mS/cm）を見せることを指し示す。これらの観察結果から、NpMe3NFはこれらの溶媒において溶解する際に移動性NpMe3N+およびF-イオンを形成すると結論付けることができる。特に、BTFEにおいて1MのNpMe3NFは、25℃で2.7mS/cmの室温導電率を表示し、予備的なバッテリー試験にとって十分高くなければならい値であり、塩のモル濃度を増加させて必要に応じてこれを増加させるために選択肢を伴う。
【０１５８】
導電率によって調べられるすべての溶液は、実験の時間期間（3-4日）にわたって安定しているように見えた。確認のために、導電率実験後に測定されたBTFE、2,6-ジフルオロピリジン、およびプロピオニトリル溶液の19F NMRスペクトルを、図14A-14Dに示す。このように、これらの溶媒はすべて、このタイムスケールで少なくとも40℃まで溶解したF-の存在下で化学的に安定であると考えられる。
（ii）NpMe3NFおよびNp2Me2NF溶液の電気化学的試験
【０１５９】
上述の有望なベースラインイオン伝導度調査の観点から、NpMe3NFおよびNp2Me2NFのイオン伝導度のさらなる測定は、BTFEおよびBTFEとPNとの混合物において実行される。〜1cmによって分離された二つの平行なPt電極の間に溶液を封止するTeflon（商標）リングからなる空気フリーのガラス伝導性セルを用いて、ACインピーダンス分光法（100mHzと1MHzの間の測定）により、研究を遂行する（各実験の前に、0.1M KCl（aq.）の伝導度を測定することによってセル定数を決定する）。Tenney TUJRチャンバによって熱制御が提供され、試料は測定前に熱平衡に達することができる（時間の経過とともにインピーダンススペクトルでの無変化の観察によって決定される）。
【０１６０】
図15は、種々の濃度およびPN含量（容量による）でのBTFEにおけるNpMe3NFおよびNp2Me2NFの溶液について温度依存性イオン伝導度データを例示する。BTFEにおいてNpMe3NFの1.0Mおよび2.0M溶液の導電率は非常に類似し、NpMe3NFが、BTFEにおいてこれらの濃度にてイオン中に十分に解離しないことがあることが指し示される。これらの二つの溶液について温度依存性データは、わずかに異なる曲線に従い（25℃付近のクロスオーバを伴い）、温度依存解離平衡がイオン運動論（ion kinetics）に起因して温度による伝導度での予想された変化と並行して動作することが示される。
【０１６１】
BTFEにおいてより多く置換された塩Np2Me2NFの2M溶液は、さらにより一層低いイオン伝導度を表示し、上記の計算と一致して、さらに高い程度のイオン対形成が示唆された。実際、Np2Me2NFはBTFEにおいてNpMe3NFよりも著しく難溶性であり、およびそれは溶解のためにBTFEにおいてNp2Me2NFの2.0M溶液を作製するのに若干の時間がかかる。対照的に、NpMe3NFはこの（およびより一層高い）濃度にて難なく溶解する。
【０１６２】
概して、PNの増加量での添加は、ほぼすべての温度にて導電率を有意に増加させることも観察され、この溶媒タイプがカチオンとアニオンの双方を溶媒和することによってイオン解離を助けることが示唆される。しかし、Np2Me2NFは、BTFEとは対照的に、NpMe3NFよりもPNにおいてより可溶性であることが観察される。したがって、より一層多く置換された塩は、BTFEの濃度が比較的低い（例えば、<50容量％）場合、そのような混合溶媒系においてより一層有用であり得る。
【０１６３】
溶媒混合物のさらなる特徴付けは、NpMe3NFおよびNp2Me2NF塩を用いて実行される。図16Aは溶媒とNpMe3NFとの混合物について測定された導電率を示し、その一方、図16Bは溶媒とNp2Me2NFとの混合物について測定された導電率を示す。NpMe3NF溶液に関して、ある場合には、導電率は、溶媒混合物の使用を通して与えられる濃度での塩のBTFE混合物について観察されるものよりも増加させることができる。特に、グリム（例えば、ジメトキシエタン）およびアミドは、そのような効果を達成するのに有用な共溶媒であり得る。Np2Me2NF溶液に関して、一定のケースにおいて、一定の溶媒および混合物においてNp2Me2NF塩のより一層高い溶解性のために、より一層高い導電率値を、NpMe3NF混合物と比較して測定することができる。
（iii）NpMe3NF溶液の電位窓
【０１６４】
PNおよびBTFEにおいてNpMe3NFの溶液もまた、それらの電位窓を決定するために線形掃引ボルタンメトリーによって研究する。Pt作用電極、Pt補助および非水Ag+/Ag（MeCN）参照電極は、Arパージと共にそれに採用する。図17において例示する0.75MのNpMe3NF/BTFE：DMA（3：2）、0.75MのNpMe3NF/BTFE：G4（3：2）、1MのNPMe3NF/BTFE、0.75MのNpMe3NF/BTFE：DME（3：2）、および0.1MのNpMe3NF/PNの電解質溶液について、100μA/cm2の限界電流のための電位窓を、1mV/sにて測定する。電位窓のデータは、これらの非水電解質溶液が、少なくとも3Vの有用な電気化学的窓を所有し得ることを示唆する。フッ化物塩のこれらの非水溶液は、それらの高い導電率と組み合わされて、電気化学的用途、例えば、フッ化物イオンバッテリー、電気化学的二重層キャパシターおよび電気化学的フッ素化反応におけるものなどのようなもののための電解質として採用することができる。
例5−正極の電気化学試験
【０１６５】
Cu正極の電気化学試験を、電気化学セル内の開示された電解質溶液の実施形態の性能を比較するために、さらに実行する。PN/NpMe3NFおよびBTFE/NpMe3NFの電解質溶液を検討する。標準的な三電極電気化学セルが利用され、フッ化銅（II）作用電極、白金対電極、およびAg/Ag+参照電極が含まれる。動作中、セル内で発生する充放電反応は、以下の反応式（5）および（6）によって与えられる：
放電：CuF2→Cu    （5）
充電：Cu→CuF、CuF2（Cu2+）    （6）
放電中、定電流放電は-24Vまで-50μAであり、および次いで電流が-5.0μAに低下するまで一定電圧である。定電流充電は-0.3Vまで50μAである。電気化学セルの初期状態について、ならびに放電後および/または充電後の対応する電極X線回折（XRD）パターンをさらに取得する。
【０１６６】
NpMe3NF/PNおよびNpMe3NF/BTFEの電解質溶液について比容量の関数としての電圧を、図18Aおよび18Cにそれぞれ示す。NpMe3NF/PN電解質溶液を含むセルの比容量が、放電後428mAh/gであり、および充電後304mAh/gであることが観察され得る。NpMe3NF/BTFE電解質溶液を含むセルの比容量は、放電後に198mAh/gであり、および充電後に133mAh/gである。
【０１６７】
特に、NpMe3NF/PN電解質溶液を採用する電気化学セルにおいて観察されるキャパシティ（容量、能力と言うことがある）は、428mAh/gで、CuF2の理論的能力（528mAh/g）のおよそ81％である。さらに、この容量は、慣習的なLi-イオンバッテリーシステム、コバルト酸リチウム、約150mAh/gから得られる容量よりも著しく大きい。
【０１６８】
理論に束縛されないが、NpMe3NF/PNおよびNpMe3NF/BTFEの電解質溶液の間の観察された容量および挙動の差異は、異なる溶媒混合物から生じる界面抵抗に起因すると考えられる。NpMe3NF/PNから活物質への電子移動の抵抗は低いと考えられる。低抵抗のために、NpMe3NF/BTFEと比較して、NpMe3NF/PNでは、より一層高い容量および放電電圧が観察される。
【０１６９】
電気化学セルの初期状態にて、および放電および充電の後に測定される対応する電極X線回折（XRD）スペクトルを、図18B（NpMe2NF/PN）および18D（NpMe3NF/BTFE）において例示する。それぞれの場合において、放電後に測定されるXRDスペクトルは、Cuに対応するピークの出現、およびCuF、CuF2に対応するピークの消失を、初期状態と比較して、反応式（5）に従い、Cu2+のCuへの還元を反映して、明らかに示す。さらに、充電後に測定されるXRDスペクトルは、反応式（6）に従って、CuF2に対応するピークの再出現およびCuに対応するピークの減少を示し、Cu-およびCu2+へのCuの酸化が反映される。
【０１７０】
これらの電圧およびXRD測定は、CuF2がこれらの電解質システムにおいて電気化学的に還元および再フッ素化され得、および還元活性が溶媒依存性であることを実証する。さらに、PNは電子移動を促進する効果を有してもよい。
化学物質および名称に関する記述
【０１７１】
ここに使用されるように、用語「基」は化学的化合物の官能基に言及し得る。本化合物の基は、化合物の一部分である原子または原子の集合に言及する。本化合物の基は、一以上の共有結合を介して化合物の他の原子に付着することができる。基はまた、それらの原子価状態に関して特徴付けることもできる。本化合物には、一価、二価、三価、等の原子価状態として特徴付けられる基が含まれる。
【０１７２】
ここに使用するように、用語「置換され」は、水素が別の官能基によって置き換えられる化合物に言及する。
【０１７３】
アルキル基には、直鎖、分枝および環状アルキル基が含まれる。アルキル基には、1から30までの炭素原子を有するものが含まれる。アルキル基には、1ないし3個の炭素原子を有する小アルキル基が含まれる。アルキル基には、4-10個の炭素原子を有する中程度の長さのアルキル基が含まれる。アルキル基には、10を超える炭素原子を有する長アルキル基、特に10-30個の炭素原子を有するものが含まれる。用語シクロアルキルは、具体的には、環構造、例えば、一以上の環を有するアルキル基を含め、3-30個の炭素原子、随意に3-20個の炭素原子および随意に2-10個の炭素原子を含む環構造などのようなものを有するアルキル基に言及する。シクロアルキル基には、3-、4-、5-、6-、7-、8-、9-または10-員の炭素環（群）を有するもの、および特に3-、4-、5-、6-、7-または8-員環（群）を有するものが含まれる。シクロアルキル基において炭素環はまた、アルキル基を有することができる。シクロアルキル基には、ビシクロ（二環式とも言う）およびトリシクロ（三環式とも言う）アルキル基が含まれ得る。アルキル基は随意に置換される。置換アルキル基には、とりわけアリール基で置換されたものが含まれ、それはまた随意に置換されることができる。特定のアルキル基には、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、シクロプロピル、n-ブチル、s-ブチル、t-ブチル、シクロブチル、n-ペンチル、分枝ペンチル、シクロペンチル、n-ヘキシル、分枝ヘキシル、およびシクロヘキシル基が含まれ、これらのすべては随意に置換される。置換アルキル基には、十分にハロゲン化またはセミハロゲン化（準ハロゲン化、半ハロゲン化とも言う）されたアルキル基、例えば、一以上の水素が一以上のフッ素原子、塩素原子、臭素原子および/またはヨウ素原子で換えられたアルキル基などのようなものが含まれる。置換アルキル基には、完全フッ素化またはセミフッ素化アルキル基、例えば、一以上の水素が一以上のフッ素原子で換えられたアルキル基などのようなものが含まれる。アルコキシ基は、酸素への連結によって修飾されたアルキル基であり、そして式R-Oによって代表することができ、およびまたアルキルエーテル基と称することもできる。アルコキシ基の例には、制限されないが、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシおよびヘプトキシが含まれる。アルコキシ基には、アルキル基の記載に関連してここに提供されるように、基のアルキル部分が置換される置換アルコキシ基が含まれる。ここに使用されるように、MeO-はCH3O-に言及する。
【０１７４】
アルケニル基には、直鎖、分枝および環状のアルケニル基が含まれる。アルケニル基には、1、2またはそれよりも多くの二重結合を有するもの、および二以上の二重結合が共役二重結合であるものが含まれる。アルケニル基には、2から20個までの炭素原子を有するものが含まれる。アルケニル基には、2ないし3個の炭素原子を有する小さなアルケニル基が含まれる。アルケニル基には、4-10個からの炭素原子を有する中程度の長さのアルケニル基が含まれる。アルケニル基には、10個を超える炭素原子を有する長いアルケニル基、特に10-20個の炭素原子を有するものが含まれる。シクロアルケニル基には、二重結合が環にか、または環に付着したアルケニル基にあるものが含まれる。用語シクロアルケニルは、具体的には、3-、4-、5-、6-、7-、8-、9-または10-員の炭素環（群）を有するアルケニル基、特に、3-、4-、5-、6-、7-または8-員環（群）を有するものを含め、環構造を有するアルケニル基に言及する。シクロアルケニル基において炭素環はまた、アルキル基も伴うことができる。シクロアルケニル基には、二環式および三環式アルケニル基が含まれることができる。アルケニル基は随意に置換される。置換アルケニル基には、とりわけ、アルキルまたはアリール基で置換されたものが含まれ、それらの基はまた随意に置換されることができる。具体的なアルケニル基には、エテニル、プロパ-1-エニル（propl-enyl）、プロパ-2-エニル、シクロプロパ-1-エニル、ブタ-1-エニル（but-l-enyl）、ブタ-2-エニル、シクロブタ-1-エニル、シクロブタ-2-エニル、ペンタ-1-エニル（pent-l-enyl）、ペンタ-2-エニル、分枝ペンテニル、シクロペンタ-1-エニル、ヘキサ-1-エニル（hex-l-enyl）、分枝ヘキセニル、シクロヘキセニルが含まれ、それらのすべてが随意に置換される。置換アルケニル基には、十分にハロゲン化またはセミハロゲン化されたアルケニル基が含まれ、例えば、一以上の水素が一以上のフッ素原子、塩素原子、臭素原子および/またはヨウ素原子で換えられたアルケニル基などのようなものである。置換アルケニル基には、十分にフッ素化されるか、またはセミフッ素化されたアルケニル基、例えば、一以上の水素原子が一以上のフッ素原子で換えられたアルケニル基などのようなものが含まれる。
【０１７５】
アリール基には、複素環式芳香族環を含め、一以上の5-、6-、7-または8-員芳香環を有する基が含まれる。用語ヘテロアリールは、具体的には、少なくとも一の5-、6-、7-または8-員複素環式芳香環を有するアリール基に言及する。アリール基は、一以上の縮合芳香族環を含むことができ、一以上の縮合複素芳香族環、および/または一以上の芳香族環と、共有結合を介して縮合または連結され得る一以上の非芳香族環との組合せが含まれる。複素環式芳香族環には、環において一以上のN、O、またはS原子が含まれることができる。複素環式芳香族環には、一、二または三個のN原子を有するもの、一または二のO原子を有するもの、および一または二のS原子、または一もしくは二もしくは三のN、OまたはS原子の組合せを有するものが含まれ得る。アリール基は随意に置換される。置換アリール基には、とりわけ、アルキルまたはアルケニル基で置換されるものが含まれ、それらの基はまた随意に置換されることができる。具体的なアリール基には、フェニル、ビフェニル基、ピロリジニル、イミダゾリジニル、テトラヒドロフリル、テトラヒドロチエニル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリル、イソキノリル、ピリダジニル、ピラジニル、インドリル、イミダゾリル、オキサゾリル、チアゾリル、ピラゾリル、ピリジニル、ベンゾオキサジアゾリル、ベンゾチアジアゾリル、およびナフチル基が含まれ、それらのすべては随意に置換される。置換アリール基には、十分にハロゲン化されるか、またはセミハロゲン化されたアリール基、例えば、一以上の水素が一以上のフッ素原子、塩素原子、臭素原子および/またはヨウ素原子で換えられたアリール基などのようなものが含まれる。置換アリール基には、完全フッ素化またはセミフッ素化アリール基、例えば、一以上の水素が一以上のフッ素原子で換えられたアリール基などのようなものが含まれる。アリール基には、制限されないが、次の：ベンゼン、ナフタレン、ナフトキノン、ジフェニルメタン、フルオレン、アントラセン、アントラキノン、フェナントレン、テトラセン、テトラセンジオン、ピリジン、キノリン、イソキノリン、インドール、イソインドール、ピロール、イミダゾール、オキサゾール、チアゾール、ピラゾール、ピラジン、ピリミジン、プリン、ベンズイミダゾール、フラン、ベンゾフラン、ジベンゾフラン、カルバゾール、アクリジン、アクリドン、フェナントリジン、チオフェン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、キサンテン、キサントン、フラボン、クマリン、アズレンまたはアントラサイクリンのいずれか一に対応する芳香族基含有基または複素環式芳香族基含有基が含まれる。ここに使用されるように、上記にリストされる基に対応する基には、任意の適切な付着点にて本開示の化合物において共有結合配置で提供され、ここにリストされる芳香族または複素環式芳香族基の一価、二価および多価基を含め、芳香族または複素環式芳香族基が、明示的に含まれる。実施形態において、アリール基には、5および30個の間の炭素原子が含まれる。実施形態では、アリール基には、一の芳香族またはヘテロ芳香族の六員環および一以上の追加の五-または六-員の芳香族またはヘテロ芳香族環が含まれる。実施形態において、アリール基には、環にお���て五および十八個の間の炭素原子が含まれる。アリール基は、随意に、一以上の電子供与基、電子求引基および/または置換基としてのターゲティングリガンドを有する一以上の芳香環または複素環芳香族環を有する。
【０１７６】
アリールアルキル基は、一以上のアリール基で置換されたアルキル基であり、そこでは、アルキル基は随意に追加の置換基を伴い、およびアリール基は随意に置換される。特定のアルキルアリール基はフェニル置換アルキル基、例えば、フェニルメチル基である。アルキルアリール基は、代わりに、一以上のアルキル基で置換されたアリール基として記載され、そこでは、アルキル基は随意に追加の置換基を伴い、およびアリール基は随意に置換される。特定のアルキルアリール基は、アルキル置換フェニル基、例えば、メチルフェニルなどのようなものである。置換アリールアルキル基には、完全ハロゲン化またはセミハロゲン化アリールアルキル基が含まれ、例えば、一以上の水素原子が一以上のフッ素原子、塩素原子、臭素原子および/またはヨウ素原子で換えられた一以上のアルキルおよび/またはアリール基を有するアリールアルキル基などのようなものである。
【０１７７】
ここに使用されるように、用語「アルキレン」および「アルキレン基」は同義語的に使用され、およびここに規定するようにアルキル基から誘導される二価の基に言及する。本開示は、一以上のアルキレン基を有する化合物を含み得る。いくつかの化合物においてアルキレン基は付着性および/またはスペーサー基として機能する。本開示の化合物は、置換および/または非置換のC1-C20アルキレン、C1-C10アルキレンおよびC1-C5アルキレン基を有することができる。
【０１７８】
ここに使用されるように、用語「シクロアルキレン」および「シクロアルキレン基」は、同義語的に使用され、およびここに規定するようにシクロアルキル基から誘導される二価の基に言及する。本開示は一以上のシクロアルキレン基を有する化合物を含み得る。いくつかの化合物においてシクロアルキル基は付着および/またはスペーサー基として機能する。本開示の化合物は置換および/または非置換のC3-C20シクロアルキレン、C3-C10シクロアルキレンおよびC3-C5シクロアルキレン基を有してもよい。
【０１７９】
ここに使用されるように、用語「アリーレン」および「アリーレン基」は、同義語的に使用され、およびここに規定するように、アリール基から誘導される二価の基に言及する。本開示は一以上のアリーレン基を有する化合物を含み得る。いくつかの実施形態では、アリーレンは、アリール基の芳香族環の二つの環内炭素原子からの水素原子の除去によってアリール基から誘導される二価基である。いくつかの化合物においてアリーレン基は付着および/またはスペーサー基として機能する。いくつかの化合物においてアリーレン基は、発色団、フルオロフォア、芳香族アンテナ、色素および/またはイメージング基として機能する。非制限的な例には、置換および/または非置換のC3-C30アリーレン、C3-C20アリーレン、C3-C10アリーレンおよびC1-C5アリーレン基が含まれる。
【０１８０】
ここに使用するように、用語「ヘテロアリーレン」および「ヘテロアリーレン基」は同義語的に使用され、ここに規定するように、ヘテロアリール基から誘導される二価の基に言及する。本開示には、一以上のヘテロアリーレン基を有する化合物が含まれ得る。いくつかの実施形態では、ヘテロアリーレンは、ヘテロアリール基の複素芳香環または芳香環の二つの環内炭素原子または環内窒素原子から水素原子を除去することによってヘテロアリール基から誘導される二価基である。いくつかの化合物においてヘテロアリーレン基は、付着および/またはスペーサー基として機能する。いくつかの化合物においてヘテロアリーレン基は、発色団、芳香族アンテナ、フルオロフォア、色素および/またはイメージング基として機能する。非制限的な例には、置換および/または非置換のC3-C30ヘテロアリーレン、C3-C20ヘテロアリーレン、C1-C10ヘテロアリーレンおよびC3-C5ヘテロアリーレン基が含まれる。
【０１８１】
ここに使用するように、用語「アルケニレン」および「アルケニレン基」は、同義語的に用いられ、およびここに規定するように、アルケニル基から誘導される二価基に言及する。本開示は一以上のアルケニレン基を有する化合物を含み得る。いくつかの化合物においてアルケニレン基は付着および/またはスペーサー基として機能する。非制限的な例には、置換および/または非置換のC2-C20アルケニレン、C2-C10アルケニレンおよびC2-C5アルケニレン基が含まれる。
【０１８２】
ここに使用するように、用語「シクロアルケニレン」および「シクロアルケニレン基」は、同義語的に使用され、およびここに規定するように、シクロアルケニル基から誘導される二価基に言及する。本開示は一以上のシクロアルケニレン基を有する化合物を含み得る。いくつかの化合物においてシクロアルケニレン基は付着および/またはスペーサー基として機能する。非制限的な例には、置換および/または非置換のC3-C20シクロアルキレニレン、C3-C10シクロアルキレンおよびC3-C5シクロアルキレン基が含まれる。
【０１８３】
ここに使用するように、用語「アルキニレン」および「アルキニレン基」は、同義語的に用いられ、およびここに規定するように、アルキニル基から誘導される二価基に言及する。本開示は一以上のアルキニレン基を有する化合物を含み得る。いくつかの化合物においてアルキニレン基は付着および/またはスペーサー基として機能する。非制限的な例には、置換および/または非置換のC2-C20アルキニレン、C2-C10アルキニレンおよびC2-C5アルキニレン基が含まれる。
【０１８４】
ここに使用するように、用語「ハロ」は、ハロゲン基、例えば、フルオロ（-F）、クロロ（-Cl）、ブロモ（-Br）、ヨード（-I）またはアスタト（-At）などのようなものに言及する。
【０１８５】
用語「複素環式」は、環において、炭素に加えて少なくとも一の他の種類の原子を含む環構造に言及する。そのようなヘテロ原子の例には、窒素、酸素および硫黄が含まれる。複素環式環には、複素環式脂環式環および複素環式芳香環が含まれる。複素環式環の例には、制限されないが、ピロリジニル、ピペリジル、イミダゾリジニル、テトラヒドロフリル、テトラヒドロチエニル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリル、イソキノリル、ピリダジニル、ピラジニル、インドリル、イミダゾリル、オキサゾリル、チアゾリル、ピラゾリル、ピリジニル、ベンゾオキサジアゾリル、ベンゾチアジアゾリル、トリアゾリルおよびテトラゾリル基が含まれる。複素環式環の原子は、例えば、置換基として提供される広範囲の他の原子および官能基に結合することができる。
【０１８６】
用語「炭素環式」は、環において炭素原子だけを含む環構造に言及する。炭素環式環の炭素原子は、例えば、置換基として提供される広範囲の他の原子および官能基に結合することができる。
【０１８７】
用語「脂環式環」は、芳香環ではない環または複数の縮合環に言及する。脂環式環には、炭素環および複素環の両方が含まれる。
【０１８８】
用語「芳香族環」は、少なくとも一つの芳香族環基を含む環、または複数の縮合環に言及する。用語芳香族環には、炭素、水素およびヘテロ原子を含む芳香族環が含まれる。芳香族環には、炭素環式および複素環式芳香族環が含まれる。芳香族環はアリール基の成分である。
【０１８９】
用語「縮合環」または「縮合環構造」は、縮合環配置において提供される複数の脂環式および/または芳香族環、例えば、少なくとも二つの環内炭素原子および/またはヘテロ原子を共有する縮合環などのようなものに言及する。
【０１９０】
ここに使用するように、用語「アルコキシアルキル」は、式アルキル-O-アルキルの置換基に言及する。
【０１９１】
ここに使用するように、用語「ポリヒドロキシアルキル」は、2から12個までの炭素原子および2から5個までのヒドロキシル基を有する置換基、例えば、2,3-ジヒドロキシプロピル、2,3,4-トリヒドロキシブチルまたは2,3,4,5-テトラヒドロキシペンチル残基などのようなものに言及する。
【０１９２】
ここに使用するように、用語「ポリアルコキシアルキル」は、式アルキル-(アルコキシ)n-アルコキシの置換基に言及し、式中、nは1から10までの、好ましくは1ないし4、およびより一層好ましくはいくつかの実施形態について1ないし3の整数であるものに言及する。
【０１９３】
一以上の置換基を含むここに記載の基のいずれかに関して、そのような基には、立体的に非実用的および/または合成的に実現不可能な置換または置換パターンを含まないことが理解される。さらに、本開示の化合物には、これらの化合物の置換から生じるすべての立体化学的異性体が含まれる。アルキル基の任意の置換には、一以上のアルケニル基、アリール基または双方での置換が含まれ、そこで、アルケニル基またはアリール基は随意に置換される。アルケニル基の随意の置換には、一以上のアルキル基、アリール基または双方による置換が含まれ、そこで、アルキル基またはアリール基は随意に置換される。アリール基の随意の置換には、一以上のアルキル基、アルケニル基、または双方によるアリール環の置換が含まれ、そこでは、アルキル基またはアルケニル基は随意に置換される。
【０１９４】
任意のアルキル、アルケニルおよびアリール基について随意の置換には、一以上の次の置換による置換が含まれ、とりわけ、次の：ハロゲンで、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素を含め；シュードハライド（擬ハロゲン化物とも言う）で、-CNを含め；
【０１９５】
-COORで、式中、Rは水素またはアルキル基またはアリール基であり、およびより一層具体的には、式中、Rは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、またはフェニル基であり、これらの基はすべて随意に置換され；
【０１９６】
-CORで、式中、Rは水素またはアルキル基またはアリール基であり、およびより一層具体的には、式中、Rは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、またはフェニル基であり、これらの基はすべて随意に置換され；
【０１９７】
-CON(R)2で、式中、各Rは、互いのRに無関係に、水素またはアルキル基またはアリール基であり、およびより一層具体的には、そこでは、Rは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、またはフェニル基であり、それらの基のすべては随意に置換され；およびそこでは、RおよびRは環を形成することができ、それは一以上の二重結合を含むことができ、および一以上の追加の炭素原子を含むことができ；
【０１９８】
-OCON(R)2で、式中、各Rは、互いのRに無関係に、水素またはアルキル基またはアリール基であり、およびより一層具体的には、そこでは、Rは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、またはフェニル基であり、それらの基のすべては随意に置換され；およびそこでは、RおよびRは環を形成することができ、それは一以上の二重結合を含むことができ、および一以上の追加の炭素原子を含むことができ；
【０１９９】
-N(R)2で、式中、各Rは、互いのRに無関係に、水素、またはアルキル基、またはアシル基またはアリール基であり、およびより一層具体的には、そこでは、Rは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、フェニルまたはアセチル基であり、これらはすべて随意に置換され；およびそこでは、RおよびRは環を形成することができ、それは一以上の二重結合を含むことができ、および一以上の追加の炭素原子を含むことができ；
【０２００】
-SRで、式中、Rは水素またはアルキル基またはアリール基であり、およびより一層具体的には、そこでは、Rは、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、またはフェニル基であり、それらは随意に置換され；
【０２０１】
-SO2R、または-SORで、式中、Rはアルキル基またはアリール基であり、およびより一層具体的には、Rは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、またはフェニル基であり、これらはすべて随意に置換され；
【０２０２】
-OCOORで、式中、Rはアルキル基またはアリール基であり；
【０２０３】
-SO2N(R)2で、式中、各Rは、互いのRに無関係に、水素、またはアルキル基、またはアリール基であり、これらはすべて随意に置換され、およびそこでは、RおよびRは環を形成することができ、それは一以上の二重結合を含むことができ、および一以上の追加の炭素原子を含むことができ；
【０２０４】
-ORで、式中、Rは、H、アルキル基、アリール基、またはアシル基であり、これらはすべて随意に置換される。特定の例において、Rは、アシル生成性-OCOR’’であることができ、式中、R’’は水素またはアルキル基またはアリール基であり、およびより一層具体的には、そこでは、R’’は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、またはフェニル基であり、それらはすべて随意に置換される。
【０２０５】
特定の置換アルキル基には、ハロアルキル基、特に、トリハロメチル基、および具体的には、トリフルオロメチル基が含まれる。具体的な置換アリール基には、モノ-、ジ-、トリ-、テトラ-およびペンタハロ-置換フェニル基；モノ-、ジ-、トリ-、テトラ-、ペンタ-、ヘキサ-、およびヘプタ-ハロ-置換ナフタレン基；3-または4-ハロ-置換フェニル基、3-または4-アルキル-置換フェニル基、3-または4-アルコキシ-置換フェニル基、3-または4-RCO-置換フェニル、5-または6-ハロ-置換ナフタレン基が含まれる。より一層具体的には、置換アリール基には、アセチルフェニル基、特に、4-アセチルフェニル基；フルオロフェニル基、特に、3-フルオロフェニルおよび4-フルオロフェニル基；クロロフェニル基、特に、3-クロロフェニルおよび4-クロロフェニル基；メチルフェニル基、特に、4-メチルフェニル基；およびメトキシフェニル基、特に、4-メトキシフェニル基が含まれる。
【０２０６】
一以上の置換基を含む上記の基のいずれかに関して、そのような基は、立体的に非実用的および/または合成的に実現不可能な任意の置換または置換パターンを含まないことが理解される。さらに、本開示の化合物には、これらの化合物の置換から生じるすべての立体化学的異性体が含まれる。
参照による組込みおよび変形に関する記述
【０２０７】
この出願全体を通して引用されるすべての参考文献、例えば、発行され、または付与された特許または等価物を含む特許文献；特許出願公開；および非特許文献または他の原資料は；各参考文献が本出願の開示と少なくとも部分的に矛盾しない限度で、参照により個々に組み込まれているかのように、それらの全体が参照によりここに組み込まれる（例えば、部分的に矛盾する参考文献は、参考文献の部分的に一貫性のない部分を除き参照により組み込まれる）。
【０２０８】
ここに採用された用語および表現は、説明の用語として使用され、および制限ではなく、および示され、および説明された特長またはその一部の等価物を排除するような用語および表現の使用は意図しておらず、もっとも請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の修飾が可能であることが認識される。したがって、本発明は好ましい実施形態によって具体的に開示したが、ここに開示した概念の例示的な実施形態および随意の特長、修飾および変形は、当業者による手段であってもよく、およびそのような修飾および変形は添付の請求の範囲によって規定されるようにこの発明の範囲内にあると考えられると理解すべきである。ここに提供する特定の実施形態は、本発明の有用な実施形態の例であり、および本発明が、本明細書に表されるデバイス（装置とも言う）、デバイスコンポーネント、方法のステップの多数の変形を用いて遂行され得ることは当業者には明らかであろう。当業者に明白であろうように、本方法について有用な方法およびデバイスは、多数の随意の組成および処理要素およびステップを含むことができる。
【０２０９】
置換基のグループをここに開示するとき、そのグループのすべての個々のメンバーおよびすべてのサブグループが、グループメンバーの任意の異性体、エナンチオマー、およびジアステレオマーを含め、別々に開示されることが理解される。マーカッシュグループまたは他のグループ化をここに用いるとき、グループのすべての個々のメンバーおよびグループの可能なすべての組合せおよびサブコンビネーションが、本開示において個別に含まれることが意図される。化合物が、化合物の特定の異性体、エナンチオマーまたはジアステレオマーを、例えば、式において、または化学名において特定しないようにここに記載されるとき、その説明は、個々にか、または任意の組み合わせで記載される化合物の各異性体およびエナンチオマーを含むことが意図される。さらに、他に特定しない限り、ここに開示する化合物の同位体変形物はすべて本開示によって包含されることが意図される。例えば、開示する分子において任意の一以上の水素を重水素またはトリチウムで置き換えることができることが理解されよう。分子の同位体変形物は、分子についてのアッセイにおいて、また分子またはその使用に関連する化学的および生物学的研究において、概して標準として有用である。そのような同位体変形物を作成するための方法は当技術において知られる。当業者が同じ化合物を別々に命名することができることが知られているので、化合物の特定の名称は模範的であることが意図される。
【０２１０】
ここに、および添付の請求の範囲において使用されるように、単数形「a」、「an」、および「the」には、文脈上他に明確に指示しない限り、複数形が含まれることに注目されなければならない。したがって、例えば、「a cell（セル）」への言及には、当業者に知られるそのような複数のセルおよびその等価物、およびその他同種類のものなどが含まれる。同様に、用語「a」（または「an」）、「一以上」および「少なくとも一の」は、ここに交換可能に使用することができる。用語「comprising」、「including」、および「having」は、交換可能に使用することができることにも注目される。表現「請求項XX-YYのいずれかの」（ここで、XXおよびYYは請求項番号を指す）は、代替形態での複数従属クレームを提供することを意図し、およびいくつかの実施形態では、表現「請求項XX-YYのいずれか一におけるように」と交換可能である。
【０２１１】
他に規定されない限り、ここに使用されるすべての技術用語および科学用語は、この発明が属する技術における当業者によって普通に理解されるのと同じ意味を有する。ここに記載されているものと類似または等価な任意の方法および材料を本発明の実践または試験に使用することができるが、好ましい方法および材料をここで説明する。ここでのいかなるものも、本発明が先行発明によってそのような開示よりも先行する資格がないと認めるものとして解釈されるべきではない。
【０２１２】
ここに記載または例証する成分のすべての調剤物または組合せは、別に述べない限り、本発明を実践するために使用することができる。
【０２１３】
本明細書において範囲、例えば、温度範囲、時間範囲、または組成もしくは濃度の範囲が与えられるときはいつでも、すべての中間範囲および部分範囲、ならびに与えられる範囲において含まれるすべての個々の値は、本開示に含まれる。ここに使用されるように、範囲には、具体的に、範囲のエンドポイント値として提供される値が含まれる。例えば、1ないし100の範囲には、具体的に、1および100のエンドポイント値が含まれる。ここでの記載において含まれる範囲または部分範囲における任意の部分範囲または個々の値は、ここでの請求の範囲から除外することができる。
【０２１４】
ここに使用するように、「含む（comprising）」は、「含む（including）」、「含む（containing）」または「によって特徴付けられる」と同義語的であり、および包括的または制限なしであり、そして追加の、列挙されていない要素または方法ステップを除外しない。ここに使用するように、「からなる（consisting of）」は、請求項の要素において特定されていない任意の要素、ステップ、または成分を除外する。ここに使用するように、「から本質的になる（consisting essentially of）」は、請求項の基本的および新規な特徴に実質的に影響を与えない材料またはステップを排除しない。ここでの各例において、任意の用語「含む（comprising）」、「から本質的になる」および「からなる」は、他の二つの用語のいずれかと置き換えることができる。ここに例示的に記載される本発明は、ここに具体的に開示されない要素または要素群、制限または制限群がない場合に、適切に実践され得る。
【０２１５】
具体的に例証するもの以外の出発物質、生物学的物質、試薬、合成方法、精製方法、分析方法、アッセイ方法、および生物学的方法が過度の実験に頼ることなく本発明の実践に用いられ得ることを当業者は理解するであろう。そのような材料および方法の、当技術で知られるすべての機能的等価物は、この発明に含まれることが意図される。使用する用語および表現は、説明の用語として採用され、および制限ではなく、そして示され、および説明される特長またはその一部の等価物を排除する用語および表現の使用においてその意図はなく、もっとも、請求される本発明の範囲内で種々の修飾が可能であることが認識される。したがって、本発明は、好ましい実施形態および随意の特長によって具体的に開示されるが、ここに開示する概念の修飾および変形は当業者によって採用されてもよく、およびそのような修飾および変形が添付の請求の範囲によって規定されるように本発明の範囲内であることが考えられると理解されるべきである。
【図１】
2018533156.tif 000082
【図２】
2018533156.tif 000083
【図３】
2018533156.tif 000084
【図４】
2018533156.tif 000085
【図５】
2018533156.tif 000086
【図６】
2018533156.tif 000087
【図７】
2018533156.tif 000088
【図８】
2018533156.tif 000089
【図９】
2018533156.tif 000090
【図１０】
2018533156.tif 000091
【図１１】
2018533156.tif 000092
【図１２】
2018533156.tif 000093
【図１３】
2018533156.tif 000094
【図１４Ａ】
2018533156.tif 000095
【図１４Ｂ】
2018533156.tif 000096
【図１４Ｃ】
2018533156.tif 000097
【図１４Ｄ】
2018533156.tif 000098
【図１５】
2018533156.tif 000099
【図１６Ａ】
2018533156.tif 000100
【図１６Ｂ】
2018533156.tif 000101
【図１７】
2018533156.tif 000102
【図１８−１】
2018533156.tif 000103
【図１８−２】
2018533156.tif 000104
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月18日(2018.4.18)
【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】
電解質溶液であって、次の：
フッ化物塩で：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
を含むもので：
有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたず；および
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；および
一またはそれよりも多くの非水溶媒
を含み；
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は0.05Mより高いか、またはそれに等しい、電解質溶液。
【請求項２】
有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位においてsp3混成炭素をもたない、請求項１の電解質溶液。
【請求項３】
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は1Mより高いか、またはそれに等しい、請求項１または２の電解質溶液。
【請求項４】
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は0.5Mないし20Mの範囲にわたって選ばれる、請求項１−２のいずれかの電解質溶液。
【請求項５】
前記フッ化物塩は前記非水溶媒に無水形態で提供される、請求項１−４のいずれかの電解質溶液。
【請求項６】
前記電解質溶液はリチウムを含まない、請求項１−５のいずれかの電解質溶液。
【請求項７】
フッ化物塩には、置換または非置換アンモニウムフッ化物塩が含まれる、請求項１−６のいずれかの電解質溶液。
【請求項８】
置換または非置換アンモニウムフッ化物塩には：
式（FX1）：R1R2R3R4N+（FX1）によって特徴付けられる置換または非置換アルキルアンモニウムカチオンが含まれ；
式中、各々のR1、R2、R3、およびR4は、無関係に、置換または非置換のC1-C20アルキル、C3-C20シクロアルキル、C5-C30アリール、C5-C30ヘテロアリール、C1-C20アシル、C2-C20アルケニル、C3-C20シクロアルケニル、C2-C20アルキニル、C5-C20アルキルアリール、C2-C20アルコキシカルボニル、またはハロであり；
または式中、R1-R4の少なくとも二つは一またはそれよりも多くの脂環式または芳香族、炭素環式または複素環式の５または６員環を形成するために組み合わされる、請求項７の電解質溶液。
【請求項９】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、ハロゲン置換された置換基である、請求項８の電解質溶液。
【請求項１０】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、フッ素置換された置換基である、請求項８の電解質溶液。
【請求項１１】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、極性置換基である、請求項８の電解質溶液。
【請求項１２】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、置換または非置換のフェニル、ベンジル、または複素環種からなる群より選ばれる極性基である、請求項１１の電解質溶液。
【請求項１３】
アンモニウムフッ化物塩は、式（FX2a）、（FX2b）、（FX2c）、または（FX2d）：
【化１】
2018533156.tif 000105
によって特徴付けられる、請求項７の電解質溶液。
【請求項１４】
アンモニウムフッ化物塩は、置換または非置換ネオペンチルアンモニウムフッ化物塩である、請求項７の電解質溶液。
【請求項１５】
置換または非置換ネオペンチルアンモニウムフッ化物塩は、式（FX3a）、（FX3b）、（FX3c）、または（FX3d）：
【化２】
2018533156.tif 000106
によって特徴付けられる、請求項１４の電解質溶液。
【請求項１６】
アンモニウムフッ化物塩には、置換または非置換ベンジルアンモニウムカチオンが含まれる、請求項７の電解質溶液。
【請求項１７】
置換または非置換ベンジルアンモニウムカチオンは、式（FX4a）：
【化３】
2018533156.tif 000107
によって特徴付けられ；
式中：
R5はO-R6、N-R6、CO2-R6、CF3、SF5、または-SO2R6であり；および
R6はH、C1-C10アルキル、またはC1-C10アリールである、請求項１６の電解質溶液。
【請求項１８】
R5は、N-(CH3)2、O-CH3、CO2-CH3、またはCF3の一である、請求項１７の電解質溶液。
【請求項１９】
フッ化物塩には、置換または非置換ヘキサメチレンテトラミン（HMT）フッ化物塩が含まれる、請求項１−６のいずれかの電解質溶液。
【請求項２０】
HMTフッ化物塩は、式（FX5a）、（FX5b）、（FX5c）、または（FX5d）：
【化４】
2018533156.tif 000108
によって特徴付けられる、請求項１９の電解質溶液。
【請求項２１】
フッ化物塩は、置換または非置換の、飽和または不飽和の複素環式フッ化物塩であり、および：
複素環式カチオンが、一またはそれよりも多くの窒素、酸素、硫黄、または燐原子を、四-、五-、六-、または七-員環の一部分として含み；
一またはそれよりも多くの複素環式カチオンが、複素環式カチオンのアルキル化を通して付与される形式電荷を有し；および
複素環式カチオンが、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位においてsp3混成炭素をもたない、請求項１−６のいずれかの電解質溶液。
【請求項２２】
複素環式フッ化物塩は、式（FX6a）、（FX6b）、（FX6c）、（FX6d）、（FX6e）、（FX6f）、（FX6g）、（FX6h）、または（FX6i）：
【化５】
2018533156.tif 000109
によって特徴付けられる、請求項２１の電解質溶液。
【請求項２３】
非水溶媒は一またはそれよりも多くのフッ素化された、非水溶媒である、請求項１−２２のいずれかの電解質溶液。
【請求項２４】
非水溶媒は形態[X-(CH2)n-Y]によって特徴付けられる少なくとも一の官能基を含み、式中、XおよびYはCH2基または基群に部分正電荷を付与するために組合せの効果をもち、およびn=1または2である、請求項１−２２のいずれかの電解質溶液。
【請求項２５】
YはOまたはSであり、およびXは、エーテル、エステル、酸無水物、アミン、アミド、カーボナート、スルホン、スルホニルエステル、ホスファイト、ホスファート、ニトリル、ニトロ、アルデヒド、アセタート、SF5、およびフルオロカーボンからなる群より選ばれる官能基である、請求項２４の電解質溶液。
【請求項２６】
非水溶媒は形態[X-(CH2)n-Y]、式中、n=1または2によって特徴付けられる少なくとも一の官能基を含む芳香族溶媒である、請求項２５の電解質溶液。
【請求項２７】
非水溶媒はフッ素化エーテルまたはその任意の組合せである、請求項１−２２のいずれかの電解質溶液。
【請求項２８】
フッ素化エーテルは、式（FX7a）または（FX7b）、（FX7c）、（FX7d）、（FX7e）、（FX7f）、または（FX7g）：
【化６】
2018533156.tif 000110
によって特徴付けられる、請求項２７の電解質溶液。
【請求項２９】
非水溶媒はフッ素化ホスファイトまたはその任意の組合せである、請求項１−２２のいずれかの電解質溶液。
【請求項３０】
フッ素化ホスファイトは式（FX8a）：
【化７】
2018533156.tif 000111
によって特徴付けられる、請求項２９の電解質溶液。
【請求項３１】
非水溶媒はフッ素化エステルまたは無水物またはそれらの任意の組合せである、請求項１−２２のいずれかの電解質溶液。
【請求項３２】
フッ素化エステルまたは無水物は、式（FX9a）、（FX9b）、または（FX9c）：
【化８】
2018533156.tif 000112
によって特徴付けられる、請求項３１の電解質溶液。
【請求項３３】
非水溶媒はニトリルまたはその任意の組合せである、請求項１−２２のいずれかの電解質溶液。
【請求項３４】
ニトリルは、式（FX10a）、（FX10b）、（FX10c）、または（FX10d）：
【化９】
2018533156.tif 000113
によって特徴付けられる、請求項３３の電解質溶液。
【請求項３５】
非水溶媒はフッ素置換芳香族溶媒またはその任意の組合せである、請求項１−２２のいずれかの電解質溶液。
【請求項３６】
フッ素置換芳香族は、式（FX11a）、（FX11b）、（FX11c）、または（FX11d）：
【化１０】
2018533156.tif 000114
によって特徴付けられる、請求項３５の電解質溶液。
【請求項３７】
非水溶媒は、式（FX12a）または（FX12b）またはそれらの任意の組合せ：
【化１１】
2018533156.tif 000115
によって特徴付けられ、
式中、R7は、置換または非置換のC1-C20アルキル、C3-C20シクロアルキル、C5-C30アリール、C5-C30ヘテロアリール、C1-C20アシル、C2-C20アルケニル、C3-C20シクロアルケニル、C2-C20アルキニル、C5-C20アルキルアリール、C2-C20アルコキシカルボニル、ハロ、C4-C30脂肪族、C4-C30脂環式、またはC4-C30芳香族であり；および
式中、nは1ないし20の範囲から選ばれる整数である、請求項１−２２のいずれかの電解質溶液。
【請求項３８】
電解質溶液であって、次の：
フッ化物塩で：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
を含むもので：
有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたず；および
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；および
第一の非水含フッ素溶媒および第一の溶媒とは異なる第二の非水溶媒を含む非水溶媒混合物
を含み；
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は0.05Mより高いか、またはそれに等しい、電解質溶液。
【請求項３９】
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は1Mより高いか、またはそれに等しい、請求項３８の電解質溶液。
【請求項４０】
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は、0.05Mないし20Mの範囲にわたって選ばれる、請求項３８の電解質溶液。
【請求項４１】
第二の非水溶媒は含非フッ素溶媒である、請求項３８−４０のいずれかの電解質溶液。
【請求項４２】
第二の非水溶媒は含フッ素溶媒である、請求項３８−４０のいずれかの電解質溶液。
【請求項４３】
電解質溶液には、リチウムが含まれない、請求項３８−４２のいずれかの電解質溶液。
【請求項４４】
第一の溶媒および第二の溶媒の量の比は1：2より大きい、請求項３８−４３のいずれかの電解質溶液。
【請求項４５】
第一の溶媒および第二の溶媒の量の比は1：20から20：1までの範囲から選ばれる、請求項３８−４３のいずれかの電解質溶液。
【請求項４６】
第一の溶媒および第二の溶媒はそれぞれ無関係に極性溶媒である、請求項３８−４５のいずれかの電解質溶液。
【請求項４７】
第一の溶媒、第二の溶媒、またはその双方は、エーテル、エステル、酸無水物、アミン、アミド、カーボナート、スルホン、スルホニルエステル、ホスファイト、ホスファート、ニトリル、またはグリムからなる群より無関係に選ばれる、請求項３８−４５のいずれかの電解質溶液。
【請求項４８】
第一の溶媒、第二の溶媒、またはその双方は無関係に芳香族溶媒である、請求項３８−４５のいずれかの電解質溶液。
【請求項４９】
第一の溶媒はフッ素化エーテルである、請求項３８−４５のいずれかの電解質溶液。
【請求項５０】
フッ素化エーテルは、式（FX7a）または（FX7b）、（FX7c）、（FX7d）、（FX7e）、（FX7f）、または（FX7g）：
【化１２】
2018533156.tif 000116
によって特徴付けられる、請求項４９の電解質溶液。
【請求項５１】
第一の溶媒はフッ素化ホスファイトである、請求項３８−４５のいずれかの電解質溶液。
【請求項５２】
フッ素化ホスファイトは式（FX8a）：
【化１３】
2018533156.tif 000117
によって特徴付けられる、請求項５１の電解質溶液。
【請求項５３】
第一の溶媒はフッ素化エステルまたは無水物である、請求項３８−４５のいずれかの電解質溶液。
【請求項５４】
フッ素化エステルまたは無水物は、式（FX9a）、（FX9b）、または（FX9c）：
【化１４】
2018533156.tif 000118
によって特徴付けられる、請求項５３の電解質溶液。
【請求項５５】
第一の溶媒はフッ素化ニトリルである、請求項３８−４５のいずれかの電解質溶液。
【請求項５６】
フッ素化ニトリルは式（FX10c）：
【化１５】
2018533156.tif 000119
によって特徴付けられる、請求項５５の電解質溶液。
【請求項５７】
第一の溶媒はフッ素化芳香族溶媒である、請求項３８−４５のいずれかの電解質溶液。
【請求項５８】
フッ素化芳香族溶媒は、式（FX11a）、（FX11b）、（FX11c）、または（FX11d）：
【化１６】
2018533156.tif 000120
によって特徴付けられる、請求項５７の電解質溶液。
【請求項５９】
第二の溶媒は、次の：ニトリル、ベンゾニトリル、ピリジン、およびエステルからなる群より選ばれる、請求項３８−５８のいずれかの電解質溶液。
【請求項６０】
第二の溶媒は、式（FX10a）、（FX10b）、または（FX10d）：
【化１７】
2018533156.tif 000121
によって特徴付けられるニトリルである、請求項５９の電解質溶液。
【請求項６１】
第二の溶媒は、式（FX13a）または（FX13b）：
【化１８】
2018533156.tif 000122
によって特徴付けられる、置換または非置換ベンゾニトリルである、請求項３８−５８のいずれかの電解質溶液。
【請求項６２】
第一の溶媒は式（FX7a）：
【化１９】
2018533156.tif 000123
によって特徴付けられ；および
第二の溶媒は式（FX10a）：
【化２０】
2018533156.tif 000124
によって特徴付けられる、請求項３８−４５のいずれかの電解質溶液。
【請求項６３】
フッ化物塩には、置換または非置換アンモニウムフッ化物塩が含まれる、請求項３８−６２のいずれかの電解質溶液。
【請求項６４】
置換または非置換アンモニウムフッ化物塩には、次の：
式（FX1）：R1R2R3R4N+（FX1）を特徴とする置換または非置換アルキルアンモニウムカチオンが含まれ；
式中、各々のR1、R2、R3、およびR4は、無関係に、置換または非置換のC1-C20アルキル、C3-C20シクロアルキル、C5-C30アリール、C5-C30ヘテロアリール、C1-C20アシル、C2-C20アルケニル、C3-C20シクロアルケニル、C2-C20アルキニル、C5-C20アルキルアリール、C2-C20アルコキシカルボニル、またはハロであり；または式中、R1-R4の少なくとも二つは一またはそれよりも多くの脂環式または芳香族、炭素環式または複素環式の５または６員環を形成するために組み合わされる、請求項６３の電解質溶液。
【請求項６５】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、ハロゲン置換された置換基である、請求項６４の電解質溶液。
【請求項６６】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、フッ素置換された置換基である、請求項６４の電解質溶液。
【請求項６７】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、極性置換基である、請求項６４の電解質溶液。
【請求項６８】
R1、R2、R3、およびR4の少なくとも一は、無関係に、置換または非置換のフェニル、ベンジル、または複素環種からなる群より選ばれる極性基である、請求項６７の電解質溶液。
【請求項６９】
アンモニウムフッ化物塩は、式（FX2a）；（FX2b）、（FX2c）、または（FX2d）：
【化２１】
2018533156.tif 000125
によって特徴付けられる、請求項６３の電解質溶液。
【請求項７０】
アンモニウムフッ化物塩は、置換または非置換ネオペンチルアンモニウムフッ化物塩である、請求項６３の電解質溶液。
【請求項７１】
置換または非置換ネオペンチルアンモニウムフッ化物塩は、式（FX3a）、（FX3b）、（FX3c）、または（FX3d）：
【化２２】
2018533156.tif 000126
によって特徴付けられる、請求項７０の電解質溶液。
【請求項７２】
アンモニウムフッ化物塩には、置換または非置換ベンジルアンモニウムカチオンが含まれる、請求項６３の電解質溶液。
【請求項７３】
置換または非置換ベンジルアンモニウムカチオンは、式（FX4a）：
【化２３】
2018533156.tif 000127
によって特徴付けられ；
式中：
R5はO-R6、N-R6、CO2-R6、CF3、SF5、または-SO2R6であり；および
R6はH、C1-C10アルキル、またはC1-C10アリールである、請求項７２の電解質溶液。
【請求項７４】
R5は、N-(CH3)2、O-CH3、CO2-CH3、またはCF3の一である、請求項７３の電解質溶液。
【請求項７５】
フッ化物塩には、置換または非置換ヘキサメチレンテトラミン（HMT）フッ化物塩が含まれる、請求項３８−６２のいずれかの電解質溶液。
【請求項７６】
HMTフッ化物塩は、式（FX5a）、（FX5b）、（FX5c）、または（FX5d）：
【化２４】
2018533156.tif 000128
によって特徴付けられる、請求項７５の電解質溶液。
【請求項７７】
フッ化物塩は、置換または非置換の、飽和または不飽和の複素環式フッ化物塩であり、および：
複素環式カチオンが、一またはそれよりも多くの窒素、酸素、硫黄、または燐原子を、四-、五-、六-、または七-員環の一部分として含み；
一またはそれよりも多くの複素環式カチオンが、複素環式カチオンのアルキル化を通して付与される形式電荷を有し；および
複素環式カチオンが、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位においてsp3混成炭素をもたない、請求項３８−６２のいずれかの電解質溶液。
【請求項７８】
複素環式フッ化物塩は、式（FX6a）、（FX6b）、（FX6c）、（FX6d）、（FX6e）、（FX6f）、（FX6g）、（FX6h）、または（FX6i）：
【化２５】
2018533156.tif 000129
によって特徴付けられる、請求項７７の電解質溶液。
【請求項７９】
電気化学セルであって、
正極；
負極；および
前記正極および前記負極の間に設けられる電解質溶液が含まれ、前記電解質溶液には、次の：
フッ化物塩で：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
が含まれるもので：
有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたず；および
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；および
一またはそれよりも多くの非水溶媒
が含まれ；
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は0.05Mより高いか、またはそれに等しい、電気化学セル。
【請求項８０】
電気化学セルであって、
正極；
負極；および
前記正極および前記負極の間に設けられた電解質溶液が含まれ、前記電解質溶液には、次の：
フッ化物塩で：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
が含まれるもので：
有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたず；および
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；および
第一の非水含フッ素溶媒および第一の溶媒とは異なる第二の非水溶媒を含む非水溶媒混合物
が含まれ；
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は0.05Mより高いか、またはそれに等しい、電気化学セル。
【請求項８１】
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は、1Mより高いか、またはそれに等しい、請求項７９−８０のいずれかの電気化学セル。
【請求項８２】
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は0.05Mないし20Mの範囲にわたって選ばれる、請求項７９−８０のいずれかの電気化学セル。
【請求項８３】
第二の非水溶媒は含非フッ素溶媒である、請求項７９−８２のいずれかの電気化学セル。
【請求項８４】
第二の非水溶媒は含フッ素溶媒である、請求項７９−８２のいずれかの電気化学セル。
【請求項８５】
電解質溶液は前記正極および前記負極の間でフッ化物イオンの輸送を提供する、請求項７９−８４のいずれかの電気化学セル。
【請求項８６】
電解質溶液は25℃で0.1mS/cmよりも高いか、またはそれに等しいフッ化物イオンの導電率を提供する、請求項７９−８５のいずれかの電気化学セル。
【請求項８７】
電解質溶液には、リチウムが含まれない、請求項７９−８６のいずれかの電気化学セル。
【請求項８８】
電気化学セルには、リチウムが含まれない、請求項７９−８７のいずれかの電気化学セル。
【請求項８９】
フッ化物イオン電気化学セルが含まれる、請求項７９−８８のいずれかの電気化学セル。
【請求項９０】
二次電気化学セルが含まれる、請求項７９−８９のいずれかの電気化学セル。
【請求項９１】
バッテリー、フューエルセル、電解システム、またはキャパシターが含まれる、請求項７９−８９のいずれかの電気化学セル。
【請求項９２】
電解質溶液であって、次の：
第一のフッ化物塩で：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
を含むもので；
有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたず；および
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；
第一のフッ化物塩とは異なる第二のフッ化物塩で、第二のフッ化物塩には：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
が含まれるもので：
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；および
一またはそれよりも多くの非水溶媒
を含み；
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は0.05Mより高いか、またはそれに等しい、電解質溶液。
【請求項９３】
第一のフッ化物塩には、置換または非置換アンモニウムフッ化物塩が含まれ、および第二のフッ化物塩には、置換または非置換アンモニウムフッ化物塩が含まれる、請求項９２の電解質溶液。
【請求項９４】
第二のフッ化物塩は、フッ化テトラメチルアンモニウム（TMAF）または式（FX2a）：
【化２６】
2018533156.tif 000130
によって特徴付けられる、請求項９２−９３のいずれかの電解質溶液。
【請求項９５】
第一アンモニウムフッ化物塩は、式（FX2b）、（FX2c）、（FX3a）、（FX3b）、（FX4a）、（FX5a）、（FX5b）、（FX5c）、（FX5d）：
【化２７】
2018533156.tif 000131
によって特徴づけられる、請求項９３の電解質溶液。
【請求項９６】
第二のフッ化物塩の有機カチオンは、β位において炭素をもたないか、または結合水素を有するβ位において炭素をもたない、請求項９２−９５のいずれかの電解質溶液。
【請求項９７】
第二のアンモニウムフッ化物塩は、式（FX2b）、（FX2c）、（FX3a）、（FX3b）、（FX4a）、（FX5a）、（FX5b）、（FX5c）、または（FX5d）：
【化２８】
2018533156.tif 000132
によって特徴付けられる、請求項９２−９３および９５−９６のいずれかの電解質溶液。
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月21日(2018.9.21)
【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】
電解質溶液であって、次の：
フッ化物塩で：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
を含むもので：
有機カチオンは、結合水素を有するβ位において炭素をもたず；および
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；および
一またはそれよりも多くの非水溶媒
を含み；
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は、0.05Mより高いか、またはそれに等しい、電解質溶液。
【請求項２】
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は、1Mより高いか、またはそれに等しい、請求項１の電解質溶液。
【請求項３】
フッ化物塩には、置換または非置換アンモニウムフッ化物塩が含まれ、
置換または非置換アンモニウムフッ化物塩には、式（FX1）：
R1R2R3R4N+  （FX1）
によって特徴付けられる置換または非置換アルキルアンモニウムカチオンが含まれ；
式中、各々のR1、R2、R3、およびR4は、無関係に、置換または非置換のC1-C20アルキル、C3-C20シクロアルキル、C5-C30アリール、C5-C30ヘテロアリール、C1-C20アシル、C2-C20アルケニル、C3-C20シクロアルケニル、C2-C20アルキニル、C5-C20アルキルアリール、C2-C20アルコキシカルボニル、またはハロであり；
または、式中、R1-R4の少なくとも二つは、一またはそれよりも多くの脂環式または芳香族、炭素環式または複素環式の５または６員環を形成するために組み合わされる、請求項１の電解質溶液。
【請求項４】
アンモニウムフッ化物塩は、式（FX2a）、（FX2b）、（FX2c）、または（FX2d）：
【化１】
2018533156.tif 000133
によって特徴付けられるか、
式（FX3a）、（FX3b）、（FX3c）、または（FX3d）：
【化２】
2018533156.tif 000134
によって特徴付けられるか、
式（FX4a）：
【化３】
2018533156.tif 000135
によって特徴付けられ；
式中：
R5は、O-R6、N-R6、CO2-R6、CF3、SF5、または-SO2R6であり；
R6は、H、C1-C10アルキル、またはC1-C10アリールである、請求項３の電解質溶液。
【請求項５】
アンモニウムフッ化物塩は、置換または非置換ネオペンチルアンモニウムフッ化物塩である、請求項３の電解質溶液。
【請求項６】
アンモニウムフッ化物塩には、置換または非置換ベンジルアンモニウムカチオンが含まれる、請求項３の電解質溶液。
【請求項７】
フッ化物塩には、置換または非置換ヘキサメチレンテトラミン（HMT）フッ化物塩が含まれる、請求項１の電解質溶液。
【請求項８】
HMTフッ化物塩は、式（FX5a）、（FX5b）、（FX5c）、または（FX5d）：
【化４】
2018533156.tif 000136
によって特徴付けられる、請求項７の電解質溶液。
【請求項９】
フッ化物塩は、置換または非置換の、飽和または不飽和の複素環式フッ化物塩であり、および：
複素環式カチオンが、一またはそれよりも多くの窒素、酸素、硫黄、または燐原子を、四-、五-、六-、または七-員環の一部分として含み；
一またはそれよりも多くの複素環式カチオンが、複素環式カチオンのアルキル化を通して付与される形式電荷を有する、請求項１の電解質溶液。
【請求項１０】
複素環式フッ化物塩は、式（FX6a）、（FX6b）、（FX6c）、（FX6d）、（FX6e）、（FX6f）、（FX6g）、（FX6h）、または（FX6i）：
【化５】
2018533156.tif 000137
によって特徴付けられる、請求項９の電解質溶液。
【請求項１１】
非水溶媒は、形態[X-(CH2)n-Y]によって特徴付けられる少なくとも一の官能基を含み、式中、XおよびYは、CH2基または基群に部分正電荷を付与するために組合せの効果をもつ極性官能基であり、およびn=1または2である、請求項１の電解質溶液。
【請求項１２】
非水溶媒は、フッ素化エーテルまたはその任意の組合せである、請求項１の電解質溶液。
【請求項１３】
非水溶媒は、フッ素化エステルまたは無水物またはそれらの任意の組合せであり、
フッ素化エステルまたは無水物は、式（FX9a）、（FX9b）、または（FX9c）：
【化６】
2018533156.tif 000138
によって特徴付けられる、請求項１の電解質溶液。
【請求項１４】
電解質溶液であって、次の：
フッ化物塩で：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
を含むもので：
有機カチオンは、結合水素を有するβ位において炭素をもたず；および
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；および
第一の非水含フッ素溶媒および第一の溶媒とは異なる第二の非水溶媒を含む非水溶媒混合物
を含み；
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は、0.05Mより高いか、またはそれに等しい、電解質溶液。
【請求項１５】
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は、1Mより高いか、またはそれに等しい、請求項１４の電解質溶液。
【請求項１６】
第一の溶媒および第二の溶媒の量の比は、1：20から20：1までの範囲から選ばれる、請求項１４の電解質溶液。
【請求項１７】
第一の溶媒は、フッ素化エーテルである、請求項１４の電解質溶液。
【請求項１８】
フッ化物塩には、式（FX1）：
R1R2R3R4N+  （FX1）
を特徴とする置換または非置換アルキルアンモニウムカチオンが含まれる置換または非置換アンモニウムフッ化物塩が含まれ；
式中、各々のR1、R2、R3、およびR4は、無関係に、置換または非置換のC1-C20アルキル、C3-C20シクロアルキル、C5-C30アリール、C5-C30ヘテロアリール、C1-C20アシル、C2-C20アルケニル、C3-C20シクロアルケニル、C2-C20アルキニル、C5-C20アルキルアリール、C2-C20アルコキシカルボニル、またはハロであり；または、式中、R1-R4の少なくとも二つは、一またはそれよりも多くの脂環式または芳香族、炭素環式または複素環式の５または６員環を形成するために組み合わされる、請求項１４の電解質溶液。
【請求項１９】
アンモニウムフッ化物塩は、式（FX2a）；（FX2b）、（FX2c）、または（FX2d）：
【化７】
2018533156.tif 000139
によって特徴付けられる、請求項１８の電解質溶液。
【請求項２０】
アンモニウムフッ化物塩は、置換または非置換ネオペンチルアンモニウムフッ化物塩である、請求項１４の電解質溶液。
【請求項２１】
置換または非置換ネオペンチルアンモニウムフッ化物塩は、式（FX3a）、（FX3b）、（FX3c）、または（FX3d）：
【化８】
2018533156.tif 000140
によって特徴付けられる、請求項２０の電解質溶液。
【請求項２２】
置換または非置換ベンジルアンモニウムカチオンは、式（FX4a）：
【化９】
2018533156.tif 000141
によって特徴付けられ；
式中：
R5は、O-R6、N-R6、CO2-R6、CF3、SF5、または-SO2R6であり；
R6は、H、C1-C10アルキル、またはC1-C10アリールである、請求項１８の電解質溶液。
【請求項２３】
フッ化物塩は、式（FX5a）、（FX5b）、（FX5c）、または（FX5d）：
【化１０】
2018533156.tif 000142
によって特徴付けられる置換または非置換ヘキサメチレンテトラミン（HMT）フッ化物塩である、請求項１４の電解質溶液。
【請求項２４】
フッ化物塩は、式（FX6a）、（FX6b）、（FX6c）、（FX6d）、（FX6e）、（FX6f）、（FX6g）、（FX6h）、または（FX6i）：
【化１１】
2018533156.tif 000143
によって特徴付けられる置換または非置換の、飽和または不飽和の複素環式フッ化物塩である、請求項１４の電解質溶液。
【請求項２５】
電気化学セルであって、
正極；
負極；および
前記正極および前記負極の間に設けられる電解質溶液が含まれ、前記電解質溶液には、次の：
フッ化物塩で：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
が含まれるもので：
有機カチオンは、結合水素を有するβ位において炭素をもたず；および
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；および
一またはそれよりも多くの非水溶媒
が含まれ；
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は、0.05Mより高いか、またはそれに等しい、電気化学セル。
【請求項２６】
電気化学セルであって、
正極；
負極；および
前記正極および前記負極の間に設けられた電解質溶液が含まれ、前記電解質溶液には、次の：
フッ化物塩で：
一またはそれよりも多くのフッ化物イオン；および
有機カチオン
が含まれるもので：
有機カチオンは、結合水素を有するβ位において炭素をもたず；および
カチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；および
第一の非水含フッ素溶媒および第一の溶媒とは異なる第二の非水溶媒を含む非水溶媒混合物
が含まれ；
前記電解質溶液において溶解された前記フッ化物イオンの濃度は、0.05Mより高いか、またはそれに等しい、電気化学セル。
【請求項２７】
電解質溶液であって、次の：
第一のフッ化物塩で：
一またはそれよりも多くの第一のフッ化物イオン；および
第一の有機カチオン
を含むもので；
第一の有機カチオンは、結合水素を有するβ位において炭素をもたず；および
第一の有機カチオンのカチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；
第一のフッ化物塩とは異なる第二のフッ化物塩で、第二のフッ化物塩には：
一またはそれよりも多くの第二のフッ化物イオン；および
第二の有機カチオン
が含まれるもので：
第二の有機カチオンのカチオン電荷中心は、N、P、S、またはOであるもの；および
一またはそれよりも多くの非水溶媒
を含み；
前記電解質溶液において溶解された前記第一及び前記第二のフッ化物イオンの合計濃度は、0.05Mより高いか、またはそれに等しい、電解質溶液。
【請求項２８】
電解質溶液は、25℃で0.1mS/cmよりも高いか、またはそれに等しいイオン導電率を提供する、請求項１の電解質溶液。
【請求項２９】
有機カチオンは、β位において炭素をもたない、請求項１、１４、２５及び２６のいずれかの電解質溶液または電気化学セル。
【請求項３０】
第一の有機カチオンおよび第二の有機カチオンの少なくとも一方は、β位において炭素をもたない、請求項２７の電解質溶液。
【国際調査報告】
2018533156.tif 000144
2018533156.tif 000145
2018533156.tif 000146
2018533156.tif 000147