JP2014088361A - 環状４級アンモニウム塩、非水溶媒、非水電解質及び蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン伝導性が高いこと、低温環境下でのイオン伝導性の低下が少ないこと、融点が低いこと、又は粘性が低いことなどの特性のうち、少なくとも一を満たすイオン液体を提供する。また、従来のイオン液体を用いた蓄電装置よりも初回充放電効率が優れた蓄電装置を提供する。
【解決手段】一以上の置換基及び２つの脂肪族環を有し、置換基が前記２つの脂肪族環の一方又は双方に結合している非対称な構造である４級スピロアンモニウムカチオンと、４級スピロアンモニウムカチオンに対するアニオンと、を有し、常温にて液体である環状４級アンモニウム塩である。そして、正極、負極及び非水電解質を有する蓄電装置において、当該環状４級アンモニウム塩を非水電解質の非水溶媒として用いた蓄電装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、常温常圧で液体である環状４級アンモニウム塩、当該環状４級アンモニウム塩を含む非水溶媒、当該環状４級アンモニウム塩を含む非水電解質、及び当該非水電解質を有する蓄電装置に関する。

また、常温常圧にて液体である塩はイオン液体又は常温溶融塩と呼ばれる。そこで、本明細書では、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩を本発明の一態様であるイオン液体と記載する場合がある。また、本明細書において、常温とは５℃以上３５℃以下の範囲をいう。

なお、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものである。

蓄電装置の一つであるリチウム二次電池は、ノート型のパーソナルコンピュータ、携帯電話若しくはスマートフォン、又はハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリット車（ＰＨＥＶ）若しくは電気自動車（ＥＶ）などの次世代クリーンエネルギー自動車など様々な用途に用いられている。そのなかで、リチウム二次電池に求められる特性として、高エネルギー密度、優れたサイクル特性及び様々な動作環境での安全性などがある。

汎用されているリチウム二次電池の多くは、誘電率が高くイオン伝導性に優れたジエチルカーボネート（略称：ＤＥＣ）、エチレンカーボネート（略称：ＥＣ）、ジメチルカーボネート（略称：ＤＭＣ）、又はプロピレンカーボネート（略称：ＰＣ）など常温で液体の有機溶媒と、リチウムイオンを有するリチウム塩とを含む非水電解質（非水電解液又は単に電解液ともいう。）を用いている。

しかし、上記有機溶媒は揮発性及び低引火点を有しており、この有機溶媒をリチウム二次電池に用いた場合、内部短絡や過充電などに起因したリチウム二次電池の内部温度の上昇によるリチウム二次電池の破裂や発火などが生じる可能性がある。

ここで、電解液に使用される有機溶媒とイオン液体の熱安定性について比較した結果を参考までに表１に示す。

なお、表１に示す有機溶媒は、引火点は温度が低いほど引火しやすく、蒸気圧は、蒸気圧が高いほど引火しやすい。従って、発熱による電池内圧の上昇やショートにより引火する可能性がある。これに対して、イオン液体は、発火、破裂の危険性が低いことが知られている。

上記を考慮し、難燃性及び難揮発性であるイオン液体（常温溶融塩ともいう。）をリチウム二次電池の非水電解質の非水溶媒として用いることが検討されている。例えば、エチルメチルイミダゾリウム（ＥＭＩ）カチオンを含むイオン液体、又はＮ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウム（ＰＰ_１３）カチオンを含むイオン液体などがある（特許文献１参照）。

ＰＰ_１３カチオンのような環状４級アンモニウムカチオンを含むイオン液体の例としては、スピロ環を有する４級アンモニウムカチオンと、非対称構造を有するアミドアニオン（例えば、フルオロスルホニル（トリフルオロメチルスルホニルアミド）（ＦＴＡ；［（ＦＳＯ_２）（ＣＦ_３ＳＯ_２）Ｎ⁻］））とを含むイオン液体などがある（特許文献２参照）。

また、リチウム二次電池において、難燃性及び難揮発性であることの他にイオン液体に求められる特性は、導電率が高いこと、低温環境下での導電率の低下が少ないこと、凝固点が低いこと、又は粘性が低いことなどが挙げられる。なお、本明細書において、低温環境下とは概ね２５℃（室温）より低い温度環境下のことをいう。

以下に、上記イオン液体（電解液）に求められる性質についてまとめた結果を示す。

特許文献２では、ＦＴＡアニオンを含む４級スピロアンモニウム塩のイオン液体は、酸化還元耐性が高く、粘性が低く、導電率が高く、リチウム二次電池の電解液に好適であると開示されている。

さらに、特許文献２では、高い対称性を有するカチオンを含み、一般に高い融点を示すイオン液体において、当該イオン液体のアニオンをＦＴＡアニオンのように非対称構造を有するアミドアニオンとすることで、当該イオン液体の融点を低下させることができると開示している。

特開２００３−３３１９１８号公報 ＷＯ２００９／１３６６０８パンフレット ＷＯ２００５／０２２５７１パンフレット 特開２００１−２１７１５１号公報

Ｍａｋｏｔｏ Ｕｅ， Ｋａｚｕｈｉｋｏ Ｉｄａ， ａｎｄ Ｓｈｏｉｃｈｉｒｏ Ｍｏｒｉ、「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ Ｏｎｉｕｍ Ｓａｌｔｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｄｏｕｂｌｅ−Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９９４，Ｖｏｌ，１４１，Ｎｏ．１１，２９８９−２９９６

ところで、汎用されているリチウム二次電池は、安全性及び生産性などを考慮し、その負極に黒鉛系材料を用いている。負極に黒鉛系材料を適用したリチウム二次電池にイオン液体を用いる場合、エチレンカーボネート（ＥＣ）又はビニレンカーボネート（ＶＣ）などの添加剤を用いないと電池動作しない場合が多い。これは、当該添加剤の分解反応が生じて被膜が形成され、当該被膜が形成されることで電池動作をするためであるといわれている。

しかし、当該添加剤の分解反応及び被膜の形成反応は不可逆反応であるため充放電容量（例えば、初回充放電容量）を低下させる要因となる。例えば、特許文献２に記載されているＦＴＡアニオンを含む４級スピロアンモニウム塩のイオン液体をリチウム二次電池の電解液に用いる場合でも添加剤は必要であり、添加剤による充放電容量の低下が生じるといえる。それゆえ、イオン液体を用いる場合において、当該添加剤を用いずにリチウム二次電池を作製できることはとても有用である。

なお、イオン液体及び黒鉛系負極を用いたリチウム二次電池において、当該イオン液体のアニオンにビス（フルオロスルホニル）アミドアニオン（以下、ＦＳＡアニオンと略記する。）を用いると添加剤無しに電池動作することが知られているが、特許文献２に記載されているような４級スピロアンモニウムカチオンとＦＳＡアニオンとを用いた塩は、常温では固体となる。

また、特許文献２に記載されているような無置換の４級スピロアンモニウムカチオンを有する塩について、塩のアニオンはＦＳＡアニオンだけではなく、テトラフルオロボラートを用いた場合でも常温では固体となる（特許文献３、特許文献４及び非特許文献１参照）。

このように、常温で固体である環状４級アンモニウム塩はリチウム二次電池の電解液として好適とはいえず、４級スピロアンモニウムカチオンを有する塩において、常温で液体となる塩を得ることは難しいといえる。

そこで、本発明の一態様は、イオン伝導性が高いこと、低温環境下でのイオン伝導性の低下が小さいこと、凝固点（融点）が低いこと、又は粘性が低いことなどの特性のうち、少なくとも一の特性を満たすイオン液体を提供することを課題とする。なお、凝固点と融点は厳密には異なる物性値であるが、本明細書において凝固点と融点は同じ意味を表し、言い換えることができるものとする。

また、本発明の一態様は、高性能な蓄電装置を作製できる非水電解質を提供することを課題とする。また、本発明の一態様は、高性能な蓄電装置を提供することを課題とする。例えば、従来のイオン液体を用いた蓄電装置よりも初回充放電効率が優れた蓄電装置を提供することを課題とする。

上記課題に鑑みて、本発明の一態様は、置換基を導入してカチオン構造を非対称にしたカチオンと当該カチオンに対応するアニオンとを有し、常温常圧にて液体である環状４級アンモニウム塩である。

具体的には、一以上の置換基及び２つの脂肪族環を有し、置換基が前記２つの脂肪族環の一方又は双方に結合している非対称な構造である４級スピロアンモニウムカチオンと、４級スピロアンモニウムカチオンに対するアニオンと、を有し、常温にて液体である環状４級アンモニウム塩である。

上記は一般式を用いて以下のように記載できる。本発明の一態様は、一般式（Ｇ１）で表され、一般式（Ｇ１）の４級スピロアンモニウムカチオンは非対称な構造を有しており、常温にて液体の環状４級アンモニウム塩である。

一般式（Ｇ１）中、ｎ及びｍは１以上３以下である。Ｘ又はＹは炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表し、前記４級スピロアンモニウムカチオンの異なる炭素にそれぞれ結合する。αは０以上６以下とし、ｎが１の場合、αは０以上４以下であり、ｎが２の場合、αは０以上５以下であり、ｎが３の場合、αは１以上６以下である。βは０以上６以下とし、ｍが１の場合、βは０以上４以下であり、ｍが２の場合、βは０以上５以下であり、ｍが３の場合、βは０以上６以下である。なお、αまたはβが０であるとは、無置換であることを表す。また、αとβが共に０である場合は除くものとする。また、Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。

上記４級スピロアンモニウムカチオンにおいて、スピロ環を構成する二つの脂肪族環は５員環、６員環又は７員環のいずれかである。そこで、本発明の一態様は、一般式（Ｇ２）で表され、一般式（Ｇ２）の４級スピロアンモニウムカチオンは非対称な構造を有しており、常温にて液体の環状４級アンモニウム塩である。

一般式（Ｇ２）中、Ｒ_１〜Ｒ_８は水素原子、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。

具体的には、一般式（Ｇ３）で表され、常温にて液体の環状４級アンモニウム塩である。

一般式（Ｇ３）中、Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。

また、本発明の一態様は、一般式（Ｇ４）で表され、一般式（Ｇ４）の４級スピロアンモニウムカチオンは非対称な構造を有しており、常温にて液体の環状４級アンモニウム塩である。

一般式（Ｇ４）中、Ｒ_１〜Ｒ_９は水素原子、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。

具体的には、一般式（Ｇ９）で表され、常温にて液体の環状４級アンモニウム塩である。

一般式（Ｇ９）中、Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。

さらに、具体的には、一般式（Ｇ１０）で表され、常温にて液体の環状４級アンモニウム塩である。

一般式（Ｇ１０）中、Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。

また、カチオンにおいて、特定の原子（例えば、スピロ原子）を通るｎ回（ｎは２以上の整数）回転軸を有すれば当該カチオンは対称な構造であるといえ、当該回転軸の本数が少ないほど当該カチオンの対称性は低いといえる。従って、当該回転軸を有していないカチオンは非対称な構造であるカチオンといえる。

そこで、本発明の一態様は、一以上の置換基及び２つの脂肪族環を有し、置換基が２つの脂肪族環の一方又は双方に結合しており、スピロ原子を通るｎ回（ｎは２以上の整数）回転軸を含まない構造である４級スピロアンモニウムカチオンと、４級スピロアンモニウムカチオンに対するアニオンと、を有し、常温にて液体の環状４級アンモニウム塩である。

そして、上記一般式（Ｇ１）及び一般式（Ｇ２）で表される環状４級アンモニウム塩において、４級スピロアンモニウムカチオンがスピロ原子を通るｎ回（ｎは２以上の整数）回転軸を含まない構造を有し、常温にて液体である環状４級アンモニウム塩についても本発明の一態様である。

また、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩（イオン液体）を非水溶媒とし、溶質である金属塩を溶解させることで非水電解質を作製することができる。当該金属塩としてアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、マグネシウム塩、ベリリウム塩などを用いることができる。そして、当該非水溶媒は２種以上の非水溶媒を含んでおり、そのうち、少なくとも一は本発明の一態様の環状４級アンモニウム塩を用いた混合溶媒であってもよい。例えば、本発明の一態様であって、構造が異なる環状４級アンモニウム塩を複数有する混合溶媒であってもよいし、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩と、他のイオン液体又は有機溶媒とを含む混合溶媒であってもよい。

そして、上記非水電解質の他に、少なくとも正極及び負極を用いることで蓄電装置を作製することができる。例えば、非水電解質の金属塩にリチウム塩を用いることで、リチウム二次電池又はリチウムイオンキャパシタを作製することができる。

また、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩は、黒鉛系材料を用いた負極と相性がよく、非水電解質の非水溶媒として用いることでＥＣ又はＶＣなどの添加剤を必要としない蓄電装置を作製することができる。添加剤を使用しないため、充放電容量を低下させる要因となる不可逆反応を抑制できるため、従来のイオン液体を用いた蓄電装置に比べて充放電容量の低下が抑制された蓄電装置を作製することができる。

本発明の一態様より、イオン伝導性が高いこと、低温環境下でのイオン伝導性の低下が小さいこと、凝固点（融点）が低いこと、又は粘性が低いことなどの特性のうち、少なくとも一の特性を満たすイオン液体を提供できる。

また、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩を用いることで、高性能な蓄電装置を作製できる非水電解質を提供できる。本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩又は非水電解質を用いることで、ＥＣ又はＶＣなどの添加剤無しに黒鉛系材料を負極に適用した蓄電装置を作製することができる。当該添加剤を用いないことで、充放電容量の低下が抑制された蓄電装置を作製することができる。従って、本発明の一態様により、高性能な蓄電装置を提供できる。

コイン型蓄電装置を示す斜視図および断面図。 コイン型蓄電装置の正極を説明する図。 コイン型蓄電装置の負極を説明する図。 ラミネート型蓄電装置を説明する図。 円筒型リチウムイオン電池を説明する図。 電気機器を説明する図。 電気機器を説明する図。 電気機器を説明する図。 合成したイオン液体の^１Ｈ ＮＭＲチャート。 コイン型リチウム二次電池の充放電特性を示す図。 カチオンの立体構造を示す図。 合成したイオン液体の^１Ｈ ＮＭＲチャート。 コイン型リチウム二次電池の充放電特性を示す図。 コイン型リチウム二次電池のサイクル特性を示す図。 コイン型リチウム二次電池のサイクル特性を示す図。 コイン型リチウム二次電池のレート特性を示す図。 合成したイオン液体の^１Ｈ ＮＭＲチャート。 コイン型リチウム二次電池の充放電特性を示す図。 コイン型リチウム二次電池の温度−放電容量特性を示す図。 コイン型リチウム二次電池のサイクル特性を示す図。 コイン型リチウム二次電池のサイクル特性を示す図。 コイン型リチウム二次電池のサイクル特性を示す図。 コイン型リチウム二次電池のレート特性を示す図。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。また、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。なお、各図面において示す各構成の、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。従って、必ずしもそのスケールに限定されない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様であるイオン液体について説明する。

本発明の一態様であるイオン液体は、カチオン構造を非対称にするために置換基を導入したカチオンと当該カチオンに対応するアニオンとを有し、常温常圧にて液体である環状４級アンモニウム塩である。

具体的には、一以上の置換基及び２つの脂肪族環を有し、当該置換基が２つの脂肪族環の一方又は双方に結合し、非対称な構造である４級スピロアンモニウムカチオンと、４級スピロアンモニウムカチオンに対するアニオンと、を有し、常温にて液体である環状４級アンモニウム塩である。

また、本発明の一態様のイオン液体は、一般式（Ｇ１）で表すことができ、少なくとも常温にて液体の環状４級アンモニウム塩である。

一般式（Ｇ１）中、ｎ及びｍは１以上３以下である。Ｘ又はＹは、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表し、前記４級スピロアンモニウムカチオンの異なる炭素にそれぞれ結合する。αは０以上６以下とし、ｎが１の場合、αは０以上４以下であり、ｎが２の場合、αは０以上５以下であり、ｎが３の場合、αは０以上６以下である。βは０以上６以下とし、ｍが１の場合、βは０以上４以下であり、ｍが２の場合、βは０以上５以下であり、ｍが３の場合、βは０以上６以下である。なお、αまたはβが０であるとは、無置換であることを表す。また、αとβが共に０である場合は除くものとする。また、Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。

一般式（Ｇ１）において、ｎ及びｍは１以上３以下であることから、４級スピロアンモニウムカチオンは５員環、６員環及び７員環から選択される２つの脂肪族環を有するスピロ環を有する。なお、２つの脂肪族環は同じ炭素数であってもよく、２つの脂肪族環は異なる炭素数であってもよい。つまり、当該スピロ環としては、５員環と５員環、５員環と６員環、５員環と７員環、６員環と６員環、６員環と７員環、７員環と７員環の組み合わせを選択できる。なお、２つの脂肪族環が無置換である上記組み合わせのスピロ環は全て対称性を有する構造である。

本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩の４級スピロアンモニウムカチオンは、対称性を有する上記組み合わせのスピロ環を非対称構造にするため、スピロ環を構成する２つの脂肪族環の少なくとも一方に置換基を導入している。

これは、カチオン又はアニオンの構造が非対称である塩のほうが常温で液体となりやすい傾向にもとづいている。

また、一般式（Ｇ１）に表される４級スピロアンモニウムカチオンのスピロ環は、化合物の安定性、粘度及びイオン伝導度、並びに合成の簡易さから、少なくとも一方の環において炭素数が５（一般式（Ｇ１）におけるｎ又はｍが１）である脂肪族環を含むことが好ましい。

例えば、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩の例として、一般式（Ｇ２）で表され、５員環と５員環のスピロ環を有する環状４級アンモニウム塩を示す。なお、一般式（Ｇ２）において、４級スピロアンモニウムカチオンはＲ_１〜Ｒ_８によってその対称性が低下されている（崩されている）、好ましくは非対称な構造であるものとする。

一般式（Ｇ２）中、Ｒ_１〜Ｒ_８は水素原子、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。

一般式（Ｇ１）及び一般式（Ｇ２）におけるアニオンは、４級スピロアンモニウムカチオンとイオン液体を構成する一価のアニオンである。例えば、当該アニオンとしては、１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート（ＢＦ_４ ⁻）、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート（ＰＦ_６ ⁻）及びパーフルオロアルキルホスファートなどがある。例えば、１価のアミドアニオンとしては、（Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１ＳＯ_２）_２Ｎ⁻（ｎ＝０〜３）、及びＣＦ_２（ＣＦ_２ＳＯ_２）_２Ｎ⁻などがある。１価のメチドアニオンとしては、（Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１ＳＯ_２）_２Ｃ⁻（ｎ＝０〜３）、及びＣＦ_２（ＣＦ_２ＳＯ_２）_２Ｃ⁻などがある。パーフルオロアルキルスルホン酸アニオンとしては、（Ｃ_ｍＦ_２ｍ＋１ＳＯ_３）⁻（ｍ＝０〜４）などがある。パーフルオロアルキルボラートとしては、｛ＢＦ_ｎ（Ｃ_ｍＨ_ｋＦ_{２ｍ＋１−ｋ}）_４−ｎ｝⁻（ｎ＝１〜３、ｍ＝１〜４、ｋ＝０〜２ｍ）などがある。パーフルオロアルキルホスファートとしては、｛ＰＦ_ｎ（Ｃ_ｍＨ_ｋＦ_{２ｍ＋１−ｋ}）_６−ｎ｝⁻（ｎ＝１〜５、ｍ＝１〜４、ｋ＝０〜２ｍ）などがある。なお、当該アニオンはこれらに限るものではない。

一般式（Ｇ１）及び一般式（Ｇ２）に表される４級スピロアンモニウムカチオンの置換基は、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基が適用できる。例えば、メチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基、メトキシメチル基、又はメトキシエチル基などがある。

本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩であって、一般式（Ｇ２）とは異なるスピロ環構造を有する例を示す。なお、例示する一般式（Ｇ４）乃至一般式（Ｇ８）において、４級スピロアンモニウムカチオンは、Ｒ_１〜Ｒ_１３によってその対称性が低下されている（崩されている）、好ましくは非対称な構造である。

一般式（Ｇ４）中、Ｒ_１〜Ｒ_９は水素原子、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。

一般式（Ｇ５）中、Ｒ_１〜Ｒ_１０は水素原子、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。

一般式（Ｇ６）中、Ｒ_１〜Ｒ_１０は水素原子、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。

一般式（Ｇ７）中、Ｒ_１〜Ｒ_１１は水素原子、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。

一般式（Ｇ８）中、Ｒ_１〜Ｒ_１２は水素原子、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。

本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩の粘性を低くするために、４級スピロアンモニウムカチオンにおける置換基の数は少なく、置換基の炭素数は小さくすることが好ましい。非水電解質の非水溶媒に粘性の低いイオン液体を用いることで粘性の低く、イオン伝導性の高い非水電解質を作製することができ、当該非水電解質を用いることで出力特性（レート特性）が向上した蓄電装置を作製することができる。

また、一般式（Ｇ１）及び一般式（Ｇ２）で表される環状４級アンモニウム塩（イオン液体）も融点は低いため、蓄電装置の非水電解質の非水溶媒に好適に用いることができる。例えば、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩の融点は概ね摂氏０℃よりも低い。そして、当該非水電解質は金属塩も含むため、当該イオン液体単体よりもさらに融点は下がる。そのため、当該非水電解質を用いることで低温環境下でも動作し、幅広い温度範囲で動作可能な蓄電装置を作製することができる。

また、一般式（Ｇ１）及び一般式（Ｇ２）で表される環状４級アンモニウム塩（イオン液体）は低温環境下でも粘性が増大しにくく、イオン伝導性も低下しにくい。従って、当該環状４級アンモニウム塩は、蓄電装置の非水電解質の非水溶媒に好適に用いることができる。当該非水電解質を用いることで低温環境下での電池特性劣化が抑制された蓄電装置を作製することができる。

上記より、一般式（Ｇ１）及び一般式（Ｇ２）で表される環状４級アンモニウム塩の例として、一般式（Ｇ３）で表される環状４級アンモニウム塩を以下に示す。

一般式（Ｇ３）中、Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。

一般式（Ｇ３）で表される環状４級アンモニウム塩は常温で液体である。これは、上記したように、置換基のメチル基によって４級スピロアンモニウムカチオンの対称性を崩した効果によるものである。

加えて、一般式（Ｇ３）で表される環状４級アンモニウム塩は、置換基を有することで電気的偏りが緩和（非局在化）されている。これにより下記の効果が得られるといえる。例えば、電気的な偏りが緩和されているカチオンを有する塩のほうが常温で液体となりやすい。また、リチウム二次電池などにおいて、電気的な偏りが緩和されているカチオンを有するイオン液体のほうが、リチウムの酸化還元電位と同等、又は当該酸化還元電位より低い還元電位を有するイオン液体となりやすい。

具体的に、一般式（Ｇ３）で表される環状４級アンモニウム塩は、その４級スピロアンモニウムカチオンにメチル基を有し、電子供与性の置換基である当該メチル基の誘起効果により、４級スピロアンモニウムカチオンの電気的偏りが緩和されているため、常温で液体を示すといえる。そのため、一般式（Ｇ１）乃至一般式（Ｇ８）において、Ｒ_１〜Ｒ_１２は、アルキル基などの電子供与性の置換基を有することが好ましい。

ここで、一般式（Ｇ３）で表される環状４級アンモニウム塩の他に、一般式（Ｇ１）、具体的には一般式（Ｇ２）、一般式（Ｇ４）乃至一般式（Ｇ８）で表される環状４級アンモニウム塩の例を以下に記す。なお、当該環状４級アンモニウム塩の例としては、一般式（１０１）〜一般式（１２６）、一般式（２０１）〜一般式（２３８）、一般式（３０１）〜一般式（３１９）、一般式（４０１）〜一般式（４３５）、一般式（５０１）〜一般式（５３５）、及び一般式（６０１）〜一般式（６３５）が挙げられる。

アニオンＡ⁻は、上記したように、１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート（ＢＦ_４ ⁻）、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート（ＰＦ_６ ⁻）及びパーフルオロアルキルホスファートなどである。例えば、１価のアミドアニオンとしては、（Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１ＳＯ_２）_２Ｎ⁻（ｎ＝０〜３）、及びＣＦ_２（ＣＦ_２ＳＯ_２）_２Ｎ⁻などがある。１価のメチドアニオンとしては、（Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１ＳＯ_２）_２Ｃ⁻（ｎ＝０〜３）、及びＣＦ_２（ＣＦ_２ＳＯ_２）_２Ｃ⁻などがある。パーフルオロアルキルスルホン酸アニオンとしては、（Ｃ_ｍＦ_２ｍ＋１ＳＯ_３）⁻（ｍ＝０〜４）などがある。パーフルオロアルキルボラートとしては、｛ＢＦ_ｎ（Ｃ_ｍＨ_ｋＦ_{２ｍ＋１−ｋ}）_４−ｎ｝⁻（ｎ＝１〜３、ｍ＝１〜４、ｋ＝０〜２ｍ）などがある。パーフルオロアルキルホスファートとしては、｛ＰＦ_ｎ（Ｃ_ｍＨ_ｋＦ_{２ｍ＋１−ｋ}）_６−ｎ｝⁻（ｎ＝１〜５、ｍ＝１〜４、ｋ＝０〜２ｍ）などがある。なお、当該アニオンはこれらに限るものではない。

なお、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩は、置換基の結合位置によって様々なカチオン構造を選択することができ、上記したカチオンの立体構造を考慮すると、立体異性体と、立体構造として等価なカチオン（立体構造が一致するカチオン）とを含む。例えば、スピロ環の２位の炭素にメチル基を有する一般式（Ｇ３）で表される環状４級アンモニウム塩と、スピロ環の３位の炭素にメチル基を有する一般式（１２７）で表される環状４級アンモニウム塩とは、互いに、立体異性体として鏡像異性体を有するが、カチオンの立体構造が一致するものは等価なものとしてみなすことができる。

〈環状４級アンモニウム塩の合成方法〉
ここで、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩の合成方法について説明する。本実施の形態に記載の環状４級アンモニウム塩の合成方法としては、種々の反応を適用することができる。例えば、以下に示す合成方法によって、一般式（Ｇ２）で表される環状４級アンモニウム塩を合成することができる。

一般式（Ｇ２）で表される環状４級アンモニウム塩の前駆体である一般式（α−２）で表されるアミン化合物の合成方法について、合成スキーム（Ｓ−１）を参照して説明する。なお、当該アミン化合物の合成方法は以下の合成方法に限定されない。

上記スキーム（Ｓ―１）において、一般式（α−１）から一般式（α−２）の反応は、トリアルキルホスフィンなどの三置換ホスフィンとハロゲン源を用いたハロゲン化を経由するアミノアルコールの閉環反応である。ＰＲ’は、三置換ホスフィンを表し、Ｘ_１はハロゲン源を表す。ハロゲン源には、四塩化炭素、四臭化炭素、ヨウ素、ヨードメタンなどを用いることができる。

上記スキーム（Ｓ−２）において、一般式（α−２）で表されて上記（Ｓ−１）で合成したアミン化合物から一般式（α−３）で表されるスピロ化合物（詳細には環状４級アンモニウム塩）を合成する反応は、ジハロゲン化アルキル（詳細にはジハロゲン化ブタン）を用いて塩基性溶液下でスピロ環を形成する反応（閉環反応ともいえる。）である。なお、Ｘは塩素、臭素又はヨウ素とし、反応性の高さからヨウ素又は臭素を用いることが好ましい。

上記スキーム（Ｓ−３）において、一般式（α−３）で表されるスピロ化合物と、所望の金属塩とでイオン交換（アニオン交換）を行うことで、一般式（Ｇ２）で表される環状４級アンモニウム塩を得ることができる。なお、当該金属塩は、少なくともアニオン（Ａ⁻）が上記列挙したアニオンのいずれかを有する金属塩である。

上記合成経路で合成することにより、一般式（Ｇ２）で表される環状４級アンモニウム塩（イオン液体）を合成することができる。

また、一般式（Ｇ４）乃至一般式（Ｇ８）で表される環状４級アンモニウム塩においても、上記合成スキーム（Ｓ−１）乃至合成スキーム（Ｓ−３）を参照して合成することができる。

一般式（Ｇ４）でいえば、合成スキーム（Ｓ−１）を経て合成された一般式（α−２）で表されるアミン化合物と、下記合成スキーム（Ｓ−４）で示すようにジハロゲン化アルキル（詳細にはジハロゲン化ペンタン）を用いてスピロ化合物を合成し、下記合成スキーム（Ｓ−５）で示すように所望の金属塩とイオン交換を行うことで、一般式（Ｇ４）で表される環状４級アンモニウム塩を合成することができる。

一般式（Ｇ５）でいえば、合成スキーム（Ｓ−１）を経て合成された一般式（α−２）で表されるアミン化合物と、下記合成スキーム（Ｓ−６）で示すようにジハロゲン化アルキル（詳細にはジハロゲン化ヘキサン）を用いてスピロ化合物を合成し、下記合成スキーム（Ｓ−７）で示すように所望の金属塩とイオン交換を行うことで、一般式（Ｇ５）で表される環状４級アンモニウム塩を合成することができる。

一般式（Ｇ６）で表される環状４級アンモニウム塩は、合成スキーム（Ｓ−１）の一般式（α−１）で表されるアミノアルコールのアルキル主鎖の炭素数を４から５にしたアミノアルコールを用いて、三置換ホスフィンとハロゲン源を用いたハロゲン化を経由するアミノアルコールの閉環反応により合成した６員環のアミン化合物を合成する。

当該６員環のアミン化合物とジハロゲン化アルキル（詳細にはジハロゲン化ペンタン）を用いて合成スキーム（Ｓ−２）などと同様にスピロ化合物を合成し、合成スキーム（Ｓ−３）などと同様に、合成したスピロ化合物と所望の金属塩とでイオン交換を行うことで、一般式（Ｇ６）で表される環状４級アンモニウム塩を合成することができる。

一般式（Ｇ７）で表される環状４級アンモニウム塩は、上記６員環のアミン化合物とジハロゲン化アルキル（詳細にはジハロゲン化ヘキサン）を用いて合成スキーム（Ｓ−２）などと同様にスピロ化合物を合成し、合成スキーム（Ｓ−３）などと同様に合成したスピロ化合物と所望の金属塩とでイオン交換を行うことで合成することができる。

一般式（Ｇ８）で表される環状４級アンモニウム塩は、合成スキーム（Ｓ−１）の一般式（α−１）で表されるアミノアルコールのアルキル主鎖の炭素数を４から６にしたアミノアルコールを用いて、三置換ホスフィンとハロゲン源を用いたハロゲン化を経由するアミノアルコールの閉環反応により合成した７員環のアミン化合物を合成する。

当該７員環のアミン化合物とジハロゲン化アルキル（詳細にはジハロゲン化ヘキサン）を用いて合成スキーム（Ｓ−２）などと同様にスピロ化合物を合成し、合成スキーム（Ｓ−３）などと同様に、合成したスピロ化合物と所望の金属塩とでイオン交換を行うことで、一般式（Ｇ８）で表される環状４級アンモニウム塩を合成することができる。

以上より、イオン伝導性が高いこと、低温環境下でのイオン伝導性の低下が小さいこと、凝固点が低いこと、又は粘性が低いことなどの特性のうち、少なくとも一の特性を満たす環状４級アンモニウム塩を提供することができる。

また、本実施の形態は、他の実施の形態及び実施例に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩を用いた蓄電装置について説明する。

本発明の一態様である蓄電装置は、少なくとも、正極、負極、非水電解質（電解液）で構成される。当該非水電解質は、先の実施の形態に記載した環状４級アンモニウム塩（イオン液体）及び金属塩を含む。そして、当該金属塩は、キャリアイオンであるアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、ベリリウムイオン、又はマグネシウムイオンを含む金属塩を用いることができる。アルカリ金属イオンとしては、例えば、リチウムイオン、ナトリウムイオン、又はカリウムイオンがある。アルカリ土類金属イオンとしては、例えばカルシウムイオン、ストロンチウムイオン、又はバリウムイオンがある。本実施の形態において、当該金属塩は、リチウムイオンを含んだ金属塩（以下、リチウム塩ともいう。）とする。

上記構成とすることで、リチウム二次電池又はリチウムイオンキャパシタを作製することができる。また、上記構成において、金属塩を用いずに、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩（イオン液体）を用いることで、電気二重層キャパシタを作製することができる。

本実施の形態では、先の実施の形態に記載した環状４級アンモニウム塩（イオン液体）及びリチウム塩を含む非水電解質を用いた蓄電装置と、その作製方法について図１を用いて説明する。以下、蓄電装置の一例として、リチウム二次電池の場合について説明する。

〈コイン型蓄電装置〉
図１（Ａ）はコイン型の蓄電装置１００の斜視図であり、図１（Ｂ）はコイン型の蓄電装置１００の断面図を示す。

コイン型の蓄電装置１００は、正極端子を兼ねた正極缶１０１と、負極端子を兼ねた負極缶１０２と、ポリプロピレンなどで形成されたガスケット１０３とを有する。蓄電装置１００は、ガスケット１０３を介して正極缶１０１と負極缶１０２とが絶縁性を有するように固定されている（図１（Ａ）参照）。

また、コイン型の蓄電装置１００は、正極１０４と、負極１０７とがセパレータ１１０を介して対向して設けられている。正極１０４は正極缶１０１に接して正極集電体１０５が設けられており、正極集電体１０５に接して正極活物質層１０６が設けられている。負極１０７は負極缶１０２に接して負極集電体１０８が設けられており、負極集電体１０８に接して負極活物質層１０９が設けられている（図１（Ｂ）参照）。正極活物質層１０６と負極活物質層１０９との間には非水電解質（図示せず）を有する。

〈正極〉
正極集電体１０５は、箔状、板状（シート状）、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状などの導電体を適宜用いることができる。

正極集電体１０５には、例えば導電材料などを用いることができ、導電材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、又はチタン（Ｔｉ）などである。また、正極集電体１０５としては、上記導電材料のうち複数からなる合金材料を用いることもでき、合金材料としては、例えばＡｌ−Ｎｉ合金、若しくはＡｌ−Ｃｕ合金、又はシリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、若しくはモリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金などである。

また、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で正極集電体１０５を形成してもよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、又はニッケルなどがある。

なお、別途基板上に成膜することにより設けられた導電層を剥離して正極集電体１０５として用いることもできる。

正極活物質層１０６としては、例えばキャリアとなるイオン及び遷移金属を含む材料を用いることができる。例えば、正極活物質層１０６として、一般式Ａ_ｈＭ_ｉＯ_ｊ（ｈ＞０、ｉ＞０、ｊ＞０）で表される材料を用いることができる。ここでＡは、例えば、リチウム、ナトリウム、若しくはカリウムなどのアルカリ金属、カルシウム、ストロンチウム若しくはバリウムなどのアルカリ土類金属、ベリリウム、又はマグネシウムである。Ｍは、例えば、鉄、ニッケル、マンガン、若しくはコバルトなどの遷移金属である。Ａで表される材料及びＭで表される材料は、上記のいずれか一又は複数を選択すればよい。

ここで、一般式Ａ_ｈＭ_ｉＯ_ｊ（ｈ＞０、ｉ＞０、ｊ＞０）で表される材料を例示する。ＬｉＦｅＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４などである。

また、キャリアとなるイオン及び遷移金属を含む材料としては、例えば、一般式Ａ_ｘＭ_ｙＰＯ_ｚ（ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０）で表される材料を用いることができる。ここでＡは、例えば、リチウム、ナトリウム若しくはカリウムなどのアルカリ金属、又はカルシウム、ストロンチウム若しくはバリウムなどのアルカリ土類金属、ベリリウム、又はマグネシウムである。Ｍは、例えば、鉄、ニッケル、マンガン若しくはコバルトなどの遷移金属である。Ａで表される材料及びＭで表される材料は、上記いずれかの元素のうち一又は複数を選択すればよい。

ここで、一般式Ａ_ｘＭ_ｙＰＯ_ｚ（ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０）で表される材料を例示する。例えば、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＮｉ_ｂＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４（ａ＋ｂは１以下、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１）、ＬｉＦｅ_ｃＮｉ_ｄＣｏ_ｅＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ｃＮｉ_ｄＭｎ_ｅＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ｃＣｏ_ｄＭｎ_ｅＰＯ_４（ｃ＋ｄ＋ｅは１以下、０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１、０＜ｅ＜１）、ＬｉＦｅ_ｆＮｉ_ｇＣｏ_ｈＭｎ_ｉＰＯ_４（ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉは１以下、０＜ｆ＜１、０＜ｇ＜１、０＜ｈ＜１、０＜ｉ＜１）などである。

特にＬｉＦｅＰＯ_４は、安全性、安定性、高容量密度、高電位、初期酸化（充電）時に引き抜けるリチウムイオンの存在等、正極活物質に求められる事項をバランスよく満たしているため、好ましい。

また、正極活物質層１０６として、例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎＯ_２、Ｌｉ_２ＭｎＯ_３、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．２Ｏ_２等のＮｉＣｏ系（一般式は、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_１−ｘＯ_２（０＜ｘ＜１））、ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_０．５Ｏ_２等のＮｉＭｎ系（一般式は、ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_１−ｘＯ_２（０＜ｘ＜１））、ＬｉＮｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２等のＮｉＭｎＣｏ系（ＮＭＣともいう。一般式は、ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_{１−ｘ−ｙ}Ｏ_２（ｘ＞０、ｙ＞０、ｘ＋ｙ＜１））が挙げられる。さらに、Ｌｉ（Ｎｉ_０．８Ｃｏ_０．１５Ａｌ_０．０５）Ｏ_２、Ｌｉ_２ＭｎＯ_３−ＬｉＭＯ_２（Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ）等を用いることができる。また、ｘＬｉ_２ＭｎＯ_３と（１−ｘ）ＬｉＮｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２との固溶体を用いることができる。

特に、ＬｉＣｏＯ_２は、容量が大きい、ＬｉＮｉＯ_２に比べて大気中で安定である、ＬｉＮｉＯ_２に比べて熱的に安定である等の利点があるため、好ましい。

また、正極活物質層１０６として、例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_１＋ｘＭｎ_２−ｘＯ_４、Ｌｉ（ＭｎＡｌ）_２Ｏ_４、ＬｉＭｎ_１．５Ｎｉ_０．５Ｏ_４等を用いることができる。

ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等のマンガンを含むスピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物に、少量のニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２やＬｉＮｉ_１−ｘＭＯ_２（Ｍ＝Ｃｏ、Ａｌ等））を混合すると、マンガンの溶出を抑制する、電解液の分解を抑制する等の利点があり好ましい。

また、正極活物質層１０６として、一般式Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭＳｉＯ_４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ），Ｍｎ（ＩＩ），Ｃｏ（ＩＩ），Ｎｉ（ＩＩ）の一以上、０≦ｊ≦２）で表される材料を用いることができる。一般式Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭＳｉＯ_４で表される材料例としては、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＦｅＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＮｉＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＣｏＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭｎＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＮｉ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＣｏ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＭｎ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｋＣｏ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｋＭｎ_ｌＳｉＯ_４（ｋ＋ｌは１以下、０＜ｋ＜１、０＜ｌ＜１）、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｍＮｉ_ｎＣｏ_ｑＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｍＮｉ_ｎＭｎ_ｑＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｍＣｏ_ｎＭｎ_ｑＳｉＯ_４（ｍ＋ｎ＋ｑは１以下、０＜ｍ＜１、０＜ｎ＜１、０＜ｑ＜１）、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｒＮｉ_ｓＣｏ_ｔＭｎ_ｕＳｉＯ_４（ｒ＋ｓ＋ｔ＋ｕは１以下、０＜ｒ＜１、０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０＜ｕ＜１）などである。

また、正極活物質として、Ａ_ｘＭ_２（ＸＯ_４）_３（Ａ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｘ＝Ｓ、Ｐ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｓ、Ｓｉ）の一般式で表されるナシコン型化合物を用いることができる。ナシコン型化合物としては、Ｆｅ_２（ＭｎＯ_４）_３、Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３、Ｌｉ_３Ｆｅ_２（ＰＯ_４）_３等が挙げられる。また、正極活物質として、Ｌｉ_２ＭＰＯ_４Ｆ、Ｌｉ_２ＭＰ_２Ｏ_７、Ｌｉ_５ＭＯ_４（Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ）の一般式で表される化合物、ＮａＦ_３、ＦｅＦ_３等のペロブスカイト型フッ化物、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２等の金属カルコゲナイド（硫化物、セレン化物、テルル化物）、ＬｉＭＶＯ_４等の逆スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物、バナジウム酸化物系（Ｖ_２Ｏ_５、Ｖ_６Ｏ_１３、ＬｉＶ_３Ｏ_８等）、マンガン酸化物系、有機硫黄系等の材料を用いることができる。

また、正極活物質層１０６として、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｒ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２などを用いることができる。

なお、厳密には「活物質」とは、キャリアであるイオンの挿入及び脱離に関わる物質のみを指す。ただし本明細書では、塗布法を用いて正極活物質層１０６を形成した場合、便宜上、正極活物質層１０６の材料、すなわち、本来「正極活物質」である物質に、導電助剤やバインダなどを含めて正極活物質層１０６と呼ぶこととする。

また、正極活物質層１０６は、正極集電体１０５上に直接接して形成する場合に限らない。正極集電体１０５と正極活物質層１０６との間に、正極集電体１０５と正極活物質層１０６との密着性の向上を目的とした密着層や、正極集電体１０５の表面の凹凸形状を緩和するための平坦化層、放熱のための放熱層、正極集電体１０５又は正極活物質層１０６の応力を緩和するための応力緩和層などの機能層を、金属などの導電性材料を用いて形成してもよい。

金属などの導電性材料用いる機能層としては、導電助剤（例えばアセチレンブラック（ＡＢ））やバインダ（例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ））などを混合させてペースト化して正極集電体１０５上に塗布して形成した層を用いてもよいし、スパッタリング法により形成した層を用いてもよい。

なお、導電助剤としては、蓄電装置中で化学変化を起こさない電子伝導性材料であればよい。例えば、黒鉛、炭素繊維などの炭素系材料、銅、ニッケル、アルミニウム若しくは銀などの金属材料又はこれらの混合物の粉末や繊維などを用いることができる。

バインダとしては、澱粉、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、又はジアセチルセルロースなどの多糖類があり、他には、ポリビニルクロリド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ＥＰＤＭ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｄｉｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）ゴム、スルホン化ＥＰＤＭゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴムなどのビニルポリマー、ポリエチレンオキシドなどのポリエーテルなどがある。

また、正極活物質層１０６は、導電助剤及びバインダの代わりにグラフェン又は多層グラフェンを混合させてペースト化させてもよい。なお、本明細書において、グラフェンは単層のグラフェン、又は２層以上１００層以下の多層グラフェンを含むものである。単層グラフェンとは、π結合を有する１原子層の炭素分子のシートのことをいう。また、酸化グラフェンとは、上記グラフェンが酸化された化合物のことをいう。なお、酸化グラフェンを還元してグラフェンを形成する場合、酸化グラフェンに含まれる酸素は全て脱離されずに、一部の酸素はグラフェンに残存する。グラフェンに酸素が含まれる場合、酸素の割合は、全体の２原子％以上２０原子％以下、好ましくは３原子％以上１５原子％以下である。なお、グラフェン又は多層グラフェンは、カリウムなどのアルカリ金属を含んでいてもよい。

ここで、上記グラフェン又は多層グラフェンを正極活物質層１０６に用いた場合について図面を用いて説明する。図２（Ａ）は正極活物質層１０６の断面図である。図２（Ｂ）は、正極活物質層１０６の平面図である。

正極活物質層１０６として、キャリアイオンの吸蔵放出が可能な粒子状の正極活物質１５３を用いている。また、正極活物質１５３の複数を覆いつつ、正極活物質１５３が内部に詰められたグラフェン１５４を含有する例である。複数の正極活物質１５３の表面を異なるグラフェン１５４が覆う。また、一部において、正極活物質１５３が露出していてもよい（図２（Ｂ）参照）。

正極活物質１５３の粒径は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。なお、正極活物質１５３内を電子が移動するため、正極活物質１５３の粒径はより小さい方が好ましい。

また、正極活物質１５３の表面にグラファイト層が被覆されていなくとも十分な特性が得られるが、グラファイト層が被覆されている正極活物質とグラフェンを共に用いると、キャリアが正極活物質間をホッピングし、電流が流れるためより好ましい。

図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）の正極活物質層１０６の一部における断面図である。正極活物質１５３、及び該正極活物質１５３を覆うグラフェン１５４を有する。グラフェン１５４は断面図においては線状で観察される。複数の正極活物質は、同一のグラフェンまたは複数のグラフェンの間に挟まれるように設けられる。なお、グラフェンは袋状になっており、複数の正極活物質をその内部に包み込む場合がある。また、グラフェンに覆われず、一部の正極活物質が露出している場合がある。

正極活物質層１０６の厚さは、２０μｍ以上１００μｍ以下の間で所望の厚さを選択する。なお、クラックや剥離が生じないように、正極活物質層１０６の厚さを適宜調整することが好ましい。

なお、正極活物質層１０６は、グラフェンの体積の０．１倍以上１０倍以下のアセチレンブラック粒子や１次元の拡がりを有するカーボンナノファイバーなどのカーボン粒子など、公知の導電助剤を有してもよい。

なお、正極活物質の材料によっては、キャリアとなるイオンの吸蔵により体積が膨張するものがある。このため、充放電により、正極活物質層が脆くなり、正極活物質層の一部が崩落してしまい、この結果蓄電装置の信頼性が低下する。しかしながら、正極活物質が充放電により体積膨張しても、当該周囲をグラフェンが覆うため、グラフェンは正極活物質の分散や正極活物質層の崩落を妨げることが可能である。即ち、グラフェンは、充放電にともない正極活物質の体積が増減しても、正極活物質同士の結合を維持する機能を有する。

また、グラフェン１５４は、複数の正極活物質と接しており、導電助剤としても機能する。また、キャリアイオンの吸蔵放出が可能な正極活物質を保持する機能を有する。このため、正極１０４中の導電助剤及びバインダの含有量を低減させることできる。つまり、正極重量あたりの正極活物質量を増加させることが可能であり、蓄電装置の容量を増大させることができる。

次に、正極１０４の作製方法について説明する。

まず、粒子状の正極活物質及び酸化グラフェンを含むスラリーを形成する。次に、正極集電体１０５の片面に当該スラリーを塗布した後（図２（Ａ）参照）、又は両面に当該スラリーを塗布した後（図２（Ｄ）参照）、還元雰囲気での加熱により還元処理を行って、正極活物質を焼成すると共に、酸化グラフェンに含まれる酸素を脱離させ、グラフェンを形成する。なお、酸化グラフェンに含まれる酸素は全て脱離されず、一部の酸素はグラフェンに残存する。以上の工程により、正極集電体１０５上に正極活物質層１０６を形成することができる。この結果、正極活物質層１０６の導電性が高まる。

酸化グラフェンは酸素を含むため、極性溶媒中では負に帯電する。この結果、酸化グラフェンは極性溶媒内で互いに分散する。このため、スラリーに含まれる正極活物質が凝集しにくくなり、凝集による正極活物質の粒径の増大を低減することができる。このため、正極活物質内の電子の移動が容易となり、正極活物質層の導電性を高めることができる。

〈負極〉
負極集電体１０８は、リチウムなどのキャリアイオンと合金化することがない、導電性の高い材料により構成される。例えば、ステンレス、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、又はチタンを用いることができる。また、アルミニウム−ニッケル合金、アルミニウム−銅合金などの合金材料を用いてもよい。また、負極集電体１０８は、箔状、板状（シート状）、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状などの導電体を適宜用いることができる。なお、負極集電体１０８は、厚みが１０μｍ以上３０μｍ以下のものを用いるとよい。

負極活物質層１０９には、キャリアイオンの溶解・析出、キャリアイオンのドープ・脱ドープ、又は挿入・脱離が可能であれば特に限定されるものではなく、例えば、リチウム金属、炭素系材料、シリコン、シリコン合金、スズ、チタン酸リチウムなどがある。また、リチウムイオンの挿入及び脱離が可能な炭素系材料としては、非晶質若しくは結晶性を有する炭素材料、例えば、粉末状若しくは繊維状の黒鉛を用いることができる。

負極活物質としては、リチウムの溶解・析出、又はリチウムイオンの挿入・脱離が可能な材料を用いることができ、例えば、リチウム金属、炭素系材料、合金系材料等が挙げられる。

（ｂ−１：リチウム金属）
リチウム金属は、酸化還元電位が低く（標準水素電極に対して−３．０４５Ｖ）、重量及び体積当たりの比容量が大きい（それぞれ３８６０ｍＡｈ／ｇ、２０６２ｍＡｈ／ｃｍ^３）ため、好ましい。

（ｂ−２：炭素系）
炭素系材料としては、黒鉛、易黒鉛化性炭素（ソフトカーボン）、難黒鉛化性炭素（ハードカーボン）、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック等が挙げられる。

黒鉛としては、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、コークス系人造黒鉛、ピッチ系人造黒鉛等の人造黒鉛や、球状化天然黒鉛等の天然黒鉛が挙げられる。

黒鉛はリチウムイオンが黒鉛に挿入したとき（リチウム−黒鉛層間化合物の生成時）にリチウム金属と同程度に卑な電位を示す（０．１〜０．３Ｖ ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ^＋）。これにより、リチウムイオン電池は高い作動電圧を示すことができる。さらに、黒鉛は、単位体積当たりの容量が比較的高い、体積膨張が小さい、安価である、リチウム金属に比べて安全性が高い等の利点を有するため、好ましい。

（ｂ−３：合金系）
負極活物質として、リチウム金属との合金化・脱合金化反応により充放電反応を行うことが可能な合金系材料も用いることができる。例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｇａ等のうち少なくとも一つを含む材料が挙げられる。このような元素は炭素に対して容量が大きく、特にシリコンは理論容量が４２００ｍＡｈ／ｇと飛躍的に高い。このため、負極活物質にシリコンを用いることが好ましい。このような元素を用いた合金系材料としては、例えば、ＳｉＯ、Ｍｇ_２Ｓｉ、Ｍｇ_２Ｇｅ、ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｍｇ_２Ｓｎ、ＳｎＳ_２、Ｖ_２Ｓｎ_３、ＦｅＳｎ_２、ＣｏＳｎ_２、Ｎｉ_３Ｓｎ_２、Ｃｕ_６Ｓｎ_５、Ａｇ_３Ｓｎ、Ａｇ_３Ｓｂ、Ｎｉ_２ＭｎＳｂ、ＣｅＳｂ_３、ＬａＳｎ_３、Ｌａ_３Ｃｏ_２Ｓｎ_７、ＣｏＳｂ_３、ＩｎＳｂ、ＳｂＳｎ等が挙げられる。

（ｂ−４：その他）
また、負極活物質として、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、リチウムチタン酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、リチウム−黒鉛層間化合物、（Ｌｉ_ｘＣ_６）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化タングステン（ＷＯ_２）、酸化モリブデン（ＭｏＯ_２）等の酸化物を用いることができる。

また、負極活物質として、リチウムと遷移金属の複窒化物である、Ｌｉ_３Ｎ型構造をもつＬｉ_３−ｘＭ_ｘＮ（Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）を用いることができる。例えば、Ｌｉ_２．６Ｃｏ_０．４Ｎ_３は大きな充放電容量（９００ｍＡｈ／ｇ、１８９０ｍＡｈ／ｃｍ^３）を示し好ましい。

リチウムと遷移金属の複窒化物を用いると、負極活物質中にリチウムイオンを含むため、正極活物質としてリチウムイオンを含まないＶ_２Ｏ_５、Ｃｒ_３Ｏ_８等の材料と組み合わせることができ好ましい。なお、正極活物質にリチウムイオンを含む材料を用いる場合でも、あらかじめリチウムイオンを脱離させることでリチウムと遷移金属の複窒化物を用いることができる。

また、コンバージョン反応が生じる材料を負極活物質として用いることもできる。例えば、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化鉄（ＦｅＯ）等の、リチウムと合金化反応を行わない遷移金属酸化物を負極活物質に用いてもよい。コンバージョン反応が生じる材料としては、さらに、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、Ｃｕ_２Ｏ、ＲｕＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３等の酸化物、ＣｏＳ_０．８９、ＮｉＳ、ＣｕＳ等の硫化物、Ｚｎ_３Ｎ_２、Ｃｕ_３Ｎ、Ｇｅ_３Ｎ_４等の窒化物、ＮｉＰ_２、ＦｅＰ_２、ＣｏＰ_３等のリン化物、ＦｅＦ_３、ＢｉＦ_３等のフッ化物でも起こる。なお、上記フッ化物の電位は高いため、正極活物質として用いてもよい。

負極活物質層１０９は、負極集電体１０８の片面又は両面に設けられる構成とすることができる（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）。

なお、負極活物質層１０９にキャリアイオンである元素をプレドープしてもよい。プレドープ方法としては、スパッタリング法により負極活物質層１０９表面にキャリアイオンである元素を有する層を形成すればよい。又は、負極活物質層１０９の表面にキャリアイオンを有する材料で形成された箔を設けることでも、負極活物質層１０９にキャリアイオン（例えばリチウム）をプレドープすることができる。

本実施の形態では、上述の負極活物質に導電助剤及びバインダ（結着剤）を加え、混合、焼成して作製した負極活物質層１０９を用いる。

ここで、負極活物質層１０９について図面を用いて説明する。図３（Ｃ）は負極活物質層１０９の一部における断面である。負極活物質層１０９は、上記列挙した材料を用いて形成された粒状の負極活物質１８３と、導電助剤１８４と、バインダ（図示せず）を有する。

導電助剤１８４は負極活物質１８３間や負極活物質１８３と負極集電体１０８との導電性を向上させるものであり、負極活物質層１０９に添加することができる。なお、導電助剤１８４を用いずともよい。導電助剤１８４としては比表面積が大きい材料が望ましく、アセチレンブラック（ＡＢ）などを用いることができる。また、カーボンナノチューブ、フラーレン、又はグラフェン（多層グラフェン）、といった炭素材料を用いることもできる。なお、一例としてグラフェンを用いる場合については後述する。

また、バインダは負極活物質、導電助剤、および集電体を結着するものであればよい。バインダとして、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリイミドなどの樹脂材料を用いることができる。

負極１０７は、以下のように作製する。まず、上記列挙した材料で形成された粒状の負極活物質を、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ化ビニリデン系重合体などを溶かしたＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）などの溶媒に混合し、スラリーを形成する。

次に、負極集電体１０８の片面又は両面に、当該スラリーを塗布し乾燥させる。当該塗布工程を負極集電体１０８の両面に行う場合には、両面に同時に又は一面ずつ負極活物質層１０９を形成する。この後、ロールプレス機を用いて圧延加工し、負極１０７が作製される。

次に、負極活物質層１０９に添加する導電助剤としてグラフェンを用いた例について、図３（Ｄ）及び図３（Ｅ）を用いて説明する。

図３（Ｄ）は、グラフェンを用いた負極活物質層１０９の一部における平面図である。負極活物質層１０９は、粒状の負極活物質１８３と、粒状の負極活物質１８３の複数を覆いつつ、粒状の負極活物質１８３が内部に詰められたグラフェン１８５で構成されている。図示していないバインダについては、添加してもよいが、グラフェン１８５が互いに結着することでバインダとして十分機能を果たす程度に含有される場合には、バインダの添加は必ずしも必要ではない。平面視の負極活物質層１０９は、負極活物質層１０９の複数の負極活物質１８３の表面を異なるグラフェン１８５が覆っている。なお、一部において、粒状の負極活物質１８３が露出していてもよい。

図３（Ｅ）は、図３（Ｄ）の負極活物質層１０９の一部における断面図である。粒状の負極活物質１８３、及び負極活物質層１０９の平面視において粒状の負極活物質１８３を覆っているグラフェン１８５が図示されている。断面図において、グラフェン１８５は線状に観察される。同一のグラフェンまたは複数のグラフェンは複数の負極活物質１８３に重畳する、又は、同一のグラフェン又は複数のグラフェンにより、複数の負極活物質１８３を内在する。なお、グラフェン１８５は袋状になっており、該内部において、複数の負極活物質を内包する場合がある。また、グラフェン１８５は、一部開放部があり、当該領域において、負極活物質１８３が露出している場合がある。

負極活物質層１０９の厚さは、２０μｍ以上１５０μｍ以下の間で所望の厚さを選択する。

なお、負極活物質１８３においては、キャリアイオンの吸蔵により体積が膨張するものがある。このため、充放電により、負極活物質層が脆くなり、負極活物質層の一部が崩壊してしまうことで、サイクル特性などの蓄電装置の信頼性が低下する。

つまり、負極活物質層１０９を形成する際にバインダを用いる必要が無く、電極重量あたりの負極活物質量を増加させることが可能であり、蓄電装置の容量を増大させることができる。

また、グラフェン１８５は導電性を有しており、且つ複数の負極活物質１８３と接しているため導電助剤としても機能する。従って、負極１０７中の導電助剤及びバインダの含有量を低減させることができる。つまり、電極重量あたりの負極活物質量を増加させることが可能であり、蓄電装置の容量が増大させることができる。

また、グラフェン１８５は、負極活物質層１０９に効率良く且つ十分な電子伝導の経路を形成するため、負極１０７全体の導電性を向上させることができる。

なお、グラフェン１８５は、キャリアイオンの吸蔵放出が可能な負極活物質としても機能するため、蓄電装置の容量を向上させることができる。

次に、図３（Ｄ）及び図３（Ｅ）に示す負極活物質層１０９の作製方法について説明する。

まず、上記列挙した材料で形成された粒状の負極活物質１８３と、酸化グラフェンを含む分散液を用いて混練し、スラリーを形成する。

次に、負極集電体１０８上に、上記スラリーを塗布する。次に、一定時間、真空乾燥を行って負極集電体１０８上に塗工したスラリーから溶媒を除去する。この後、ロールプレス機により圧延加工する。

その後、電気エネルギーを用いた酸化グラフェンの電気化学的な還元や、加熱処理による酸化グラフェンの熱的な還元によって、グラフェン１８５を生成する。特に、電気化学的な還元処理を行った場合、加熱処理によって形成したグラフェンに比べてπ結合を有する割合が増大するため、導電性の高いグラフェン１８５を形成することができる。以上の工程により、負極集電体１０８の片面又は両面にグラフェンを導電助剤として用いた負極活物質層１０９を形成することができ、負極１０７を作製することができる。

〈非水電解質〉
蓄電装置１００の非水電解質は、先の実施の形態で記載した環状４級アンモニウム塩（イオン液体）と、キャリアイオンであるアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、ベリリウムイオン、又はマグネシウムイオンを含む金属塩とを有し、当該金属塩を所望の濃度で当該イオン液体に溶解させることで作製できる。

本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩は、置換基の数が増える、又は置換基の炭素数が増えるにつれて環状４級アンモニウム塩の粘度が増大する傾向にある。そこで、所望の粘度に応じて用いる環状４級アンモニウム塩を選択することが好ましい。

また、本発明の一態様である非水電解質の粘度を下げるために、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩に環状エステル若しくは鎖状エステル、又は環状エーテル若しくは鎖状エーテルなど、有機溶媒を混合した混合溶媒を非水溶媒として用いてもよい。例えば、当該有機溶媒としては、エチレンカーボネートやジエチルカーボネートやプロピレンカーボネートなどが挙げられる。さらに、当該有機溶媒は、フッ素化された環状エステル、フッ素化された鎖状エステル、フッ素化された環状エーテル又はフッ素化された鎖状エーテルであってもよい。

なお、本明細書中において、フッ素化された環状エステルとは、フッ化アルキルを有する環状エステルのように、化合物中の水素がフッ素に置換された環状エステルのことをいう。それゆえ、フッ素化された鎖状エステル、フッ素化された環状エーテル又はフッ素化された鎖状エーテルにおいても、化合物中の水素がフッ素に置換されたものをいう。

当該混合溶媒を非水溶媒に用いることで、当該非水電解質のイオン導電性を向上させることができ、充放電レート特性が良好な蓄電装置を作製できる。ただし、当該混合溶媒において、粘度を下げるために有機溶媒を混合しすぎると、イオン液体を用いることによって難燃性であった非水溶媒が可燃性の非水溶媒になることがあるため、可燃性を有しない程度の割合で有機溶媒を混合することが好ましい。

また、本発明の一態様である非水電解質の非水溶媒として、本発明の一態様であって、構造が異なる環状４級アンモニウム塩を複数有するものであってもよい。また、当該非水溶媒は、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩に、当該環状４級アンモニウム塩とは異なる他のイオン液体を一種以上混合した混合溶媒を用いてもよい。さらに、上記したようなイオン液体同士を混合した非水溶媒に、さらに上記有機溶媒を混合した混合溶媒を本発明の一態様である非水溶媒としてもよい。

本発明の一態様である非水電解質にゲル化される高分子材料を加えてもよい。このようにすることで、非水電解質の漏液を抑制することができ、さらに安全性の高い蓄電装置を作製することができる。また、蓄電装置の薄型化及び軽量化が可能である。なお、当該高分子材料の代表例は、シリコーンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマーなどがある。

本実施の形態において、蓄電装置１００はリチウム二次電池としている。そこで、非水電解質の金属塩として用いるリチウム塩としては、例えば、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）、硼弗化リチウム（ＬｉＢＦ_４）、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＰＦ_６、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎなどがある。なお、上記したように当該金属塩は、キャリアイオンを含み、正極活物質層１０６に対応した金属塩であればよい。例えば、正極活物質層１０６にナトリウムを含む材料を用いれば、金属塩はナトリウムを含む金属塩とすることが好ましい。

本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩は凝固点（融点）が低い。それゆえ、金属塩を溶解させた本発明の一態様である非水電解質は、凝固点（融点）が降下するため当該環状４級アンモニウム塩に比べてさらに凝固点（融点）が低い。従って、当該非水電解質を用いることで低温環境下でも動作し、幅広い温度範囲で動作可能な蓄電装置を作製することができる。

リチウム二次電池において、非水電解質（具体的には溶媒）の還元電位は、リチウムイオンと負極活物質層との反応電位よりも低電位であることが好ましい。例えば、非水電解質（具体的には溶媒）の還元電位は、リチウムの酸化還元電位に対して同程度、又は当該酸化還元電位以下であることが好ましい。具体的には、環状４級アンモニウム塩の還元電位は、リチウムの酸化還元電位を基準として０．５Ｖ以下とすることが好ましく、特に０．２Ｖ以下とすることが好ましい。このような非水電解質であれば、フルセルのリチウム二次電池において、リチウム二次電池の充放電によって非水電解質が還元されにくいため、サイクル特性を向上させることができる。

本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩は、還元電位がリチウムの酸化還元電位と同程度、又はそれ以下であることから、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩を非水電解質の非水溶媒として用いることで、サイクル特性が良好なリチウム二次電池を作製することができる。

〈セパレータ〉
セパレータ１１０として、紙、不織布、ガラス繊維、セラミックス、あるいはナイロン（ポリアミド）、ビニロン（ポリビニルアルコール系繊維）、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンを用いた合成繊維などを用いればよい。ただし、上記非水溶媒に溶解しない材料を選ぶ必要がある。

より具体的には、セパレータ１１０の材料として、例えば、フッ素系ポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドなどのポリエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリメタクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリウレタン系高分子及びこれらの誘導体、セルロース、紙、不織布、ガラス繊維から選ばれる一種を単独で、又は二種以上を組み合せて用いることができる。

正極缶１０１、負極缶１０２には、二次電池の充放電時において電解液などの液体に対して耐腐食性を有するニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、当該金属の合金、当該金属と他の金属との合金（例えば、ステンレスなど）、当該金属の積層、当該金属と前掲した合金との積層（例えば、ステンレス＼アルミニウムなど）、当該金属と他の金属との積層（例えば、ニッケル＼鉄＼ニッケルなど）を用いることができる。正極缶１０１は正極１０４と、負極缶１０２は負極１０７とそれぞれ電気的に接続する。

これら負極１０７、正極１０４及びセパレータ１１０を電解質に含浸させ、図１（Ｂ）に示すように、正極缶１０１を下にして正極１０４、セパレータ１１０、負極１０７、負極缶１０２をこの順で積層し、正極缶１０１と負極缶１０２とをガスケット１０３を介して圧着することでコイン型の蓄電装置１００を作製できる。

〈ラミネート型蓄電装置〉
次に、ラミネート型の蓄電装置の一例について、図４を参照して説明する。

ラミネート型の蓄電装置２００は、正極集電体２０１及び正極活物質層２０２を有する正極２０３と、セパレータ２０７と、負極集電体２０４及び負極活物質層２０５を有する負極２０６とを積層し、外装体２０９に封入して非水電解質２０８を注入した電池である。図４では、ラミネート型の蓄電装置２００はシート状の正極２０３と負極２０６とを一枚ずつ重ねた構造を示しているが、電池容量を増加させるために上記の積層構造体を捲回し、又は複数枚重ね合わせてからラミネートすることが好ましい。特に蓄電装置の形態をラミネート型とした場合、蓄電装置に可撓性が付与されるため、フレキシビリティを要求される用途に適している。

ラミネート型の蓄電装置２００において、正極集電体２０１及び負極集電体２０４は、外部との電気的接触を得る端子の役割も兼ねている。そのため、正極集電体２０１及び負極集電体２０４の一部は、外装体２０９から外側に露出するように配置される。

ラミネート型の蓄電装置２００において、外装体２０９には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アイオノマー、ポリアミドなどの材料からなる膜の内面の上に、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルなどの可撓性に優れた金属薄膜を設け、さらに該金属薄膜上に外装体の外面としてポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂などの絶縁性合成樹脂膜を設けた三層構造のラミネートフィルムを用いることができる。このような三層構造とすることで、電解液や気体の透過を遮断するとともに、絶縁性を確保し、併せて耐電解液性を有する。

なお、正極集電体２０１及び正極活物質層２０２を有する正極２０３と、セパレータ２０７と、負極集電体２０４及び負極活物質層２０５を有する負極２０６と、非水電解質２０８は、上記した正極集電体１０５及び正極活物質層１０６を有する正極１０４と、セパレータ１１０と、負極集電体１０８及び負極活物質層１０９を有する負極１０７と、本発明の一態様である非水電解質のそれぞれに対応している。

〈円筒型蓄電装置〉
次に、円筒型の蓄電装置の一例について、図５を参照して説明する。円筒型の蓄電装置３００は図５（Ａ）に示すように、上面に正極キャップ（電池蓋）３０１を有し、側面及び底面に電池缶（外装缶）３０２を有している。これら正極キャップ３０１と電池缶（外装缶）３０２とは、ガスケット（絶縁パッキン）３１０によって絶縁されている。

図５（Ｂ）は、円筒型の蓄電装置の断面を模式的に示した図である。中空円柱状の電池缶３０２の内側には、帯状の正極３０４と負極３０６とがセパレータ３０５を間に挟んで捲回された電池素子が設けられている。図示しないが、電池素子はセンターピンを中心に捲回されている。電池缶３０２は、一端が閉じられ、他端が開いている。電池缶３０２には、二次電池の充放電時において電解液などの液体に対して耐腐食性を有するニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、当該金属の合金、当該金属と他の金属との合金（例えば、ステンレスなど）、当該金属の積層、当該金属と前掲した合金との積層（例えば、ステンレス＼アルミニウムなど）、当該金属と他の金属との積層（例えば、ニッケル＼鉄＼ニッケルなど）を用いることができる。電池缶３０２の内側において、正極、負極及びセパレータが捲回された電池素子は、対向する一対の絶縁板３０８、３０９により挟まれている。また、電池素子が設けられた電池缶３０２の内部は、非水電解質（図示せず）が注入されている。非水電解質は、コイン形やラミネート型の蓄電装置と同様のものを用いることができる。

正極３０４及び負極３０６は、上述したコイン形の蓄電装置の正極及び負極と同様に製造すればよいが、円筒型の蓄電装置に用いる正極及び負極は捲回するため、集電体の両面に活物質を形成する点において異なる。正極３０４には正極端子（正極集電リード）３０３が接続され、負極３０６には負極端子（負極集電リード）３０７が接続される。正極端子３０３及び負極端子３０７は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。正極端子３０３は安全弁機構３１２に、負極端子３０７は電池缶３０２の底にそれぞれ抵抗溶接される。安全弁機構３１２は、ＰＴＣ素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）３１１を介して正極キャップ３０１と電気的に接続されている。安全弁機構３１２は電池の内圧の上昇が所定のしきい値を超えた場合に、正極キャップ３０１と正極３０４との電気的な接続を切断するものである。また、ＰＴＣ素子３１１は温度が上昇した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大により電流量を制限して異常発熱を防止するものである。ＰＴＣ素子には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）系半導体セラミックスなどを用いることができる。

なお、本実施の形態では、蓄電装置として、コイン形、ラミネート型及び円筒型の蓄電装置を示したが、その他の封止型蓄電装置、角型蓄電装置など様々な形状の蓄電装置を用いることができる。また、正極、負極、及びセパレータが複数積層された構造、正極、負極、及びセパレータが捲回された構造であってもよい。

本実施の形態で示す蓄電装置１００、蓄電装置２００、蓄電装置３００の非水電解質には、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩を用いた非水電解質が適用される。そのため、蓄電装置１００、蓄電装置２００、蓄電装置３００は、低温環境下でも動作し、幅広い温度範囲で動作可能な蓄電装置である。さらに、低温環境下での電池特性劣化が抑制された蓄電装置である。

以上、本発明の一態様により、高性能な蓄電装置を提供することができる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態３）
本実施の形態では、先の実施の形態で説明した蓄電装置とは構成が異なる蓄電装置について説明する。具体的にはリチウムイオンキャパシタ及び電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）を例に説明する。

リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタの正極に、炭素材料を用いたリチウム二次電池の負極を組み合わせたハイブリッドキャパシタであり、正極と負極の蓄電原理が異なる非対称キャパシタである。正極が電気二重層を形成し物理的作用により充放電を行うのに対して、負極はリチウムの化学的作用により充放電を行う。リチウムイオンキャパシタは、この負極活物質である炭素材料などに予めリチウムを吸蔵させた負極を用いることで、従来の負極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタに比べ、エネルギー密度を飛躍的に向上させている。

リチウムイオンキャパシタは、実施の形態２で示した蓄電装置の正極活物質層に代えて、リチウムイオン及びアニオンの少なくとも一つを可逆的に担持できる材料を用いればよい。このような材料として、例えば活性炭、導電性高分子、ポリアセン系有機半導体（ＰＡＳ）などが挙げられる。

リチウムイオンキャパシタは、充放電の効率が高く、急速充放電が可能であり、繰り返し利用による寿命も長い。

このようなリチウムイオンキャパシタの電解液に、少なくとも本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩を用いることで、低温環境下でも動作し、幅広い温度範囲で動作可能なリチウムイオンキャパシタを作製できる。さらに、低温環境下での電池特性劣化が抑制されたリチウムイオンキャパシタを作製できる。

なお、電気二重層キャパシタの場合、正極活物質層及び負極活物質層として、活性炭、導電性高分子、ポリアセン有機半導体（ＰＡＳ）などを用いることができる。また、電気二重層キャパシタの電解液は、本発明の一態様である環状４級アンモニウム塩のみで構成することができる。このようにすることで、低温環境下でも動作し、幅広い温度範囲で動作可能な電気二重層キャパシタを作製できる。さらに、低温環境下での電池特性劣化が抑制された電気二重層キャパシタを作製できる。

以上、本発明の一態様により、高性能な蓄電装置を作製することができる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態４）
本発明の一態様である蓄電装置は、電力により駆動する様々な電気機器の電源として用いることができる。

本発明の一態様である蓄電装置を用いた電気機器の具体例として、表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ブルーレイディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、携帯型ゲーム機、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電子レンジなどの高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、エアコンディショナーなどの空調設備、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、ＤＮＡ保存用冷凍庫、透析装置などが挙げられる。また、蓄電装置からの電力を用いて電動機により推進する移動体なども、電気機器の範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自動車、内燃機関と電動機を併せ持った複合型自動車（ハイブリッドカー）、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車などが挙げられる。

なお、上記電気機器は、消費電力の殆ど全てを賄うための蓄電装置（主電源と呼ぶ）として、本発明の一態様である蓄電装置を用いることができる。また、上記電気機器は、上記主電源や商用電源からの電力の供給が停止した場合に、電気機器への電力の供給を行うことができる蓄電装置（無停電電源という。）として、本発明の一態様である蓄電装置を用いることができる。また、上記電気機器は、上記主電源や商用電源からの電気機器への電力の供給と並行して、電気機器への電力の供給を行うための蓄電装置（補助電源という。）として、本発明の一態様である蓄電装置を用いることができる。

図６に上記電気機器の具体的な構成を示す。図６において、表示装置５０００は、蓄電装置５００４を用いた電気機器の一例である。具体的に、表示装置５０００は、ＴＶ放送受信用の表示装置に相当し、筐体５００１、表示部５００２、スピーカー部５００３、蓄電装置５００４などを有する。蓄電装置５００４は、筐体５００１の内部に設けられている。表示装置５０００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置５００４に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、蓄電装置５００４を無停電電源として用いることで、表示装置５０００の利用が可能となる。

表示部５００２には、液晶表示装置、有機ＥＬ素子などの発光素子を各画素に備えた発光装置、電気泳動表示装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの、半導体表示装置を用いることができる。

なお、表示装置には、ＴＶ放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用など、全ての情報表示用表示装置が含まれる。

図６において、据え付け型の照明装置５１００は、蓄電装置５１０３を用いた電気機器の一例である。具体的に、照明装置５１００は、筐体５１０１、光源５１０２、蓄電装置５１０３などを有する。図６では、蓄電装置５１０３が、筐体５１０１及び光源５１０２が据え付けられた天井５１０４の内部に設けられている場合を例示しているが、蓄電装置５１０３は、筐体５１０１の内部に設けられていてもよい。照明装置５１００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置５１０３に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、蓄電装置５１０３を無停電電源として用いることで、照明装置５１００の利用が可能となる。

なお、図６では天井５１０４に設けられた据え付け型の照明装置５１００を例示しているが、本発明の一態様である蓄電装置は、天井５１０４以外、例えば側壁５１０５、床５１０６、窓５１０７などに設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上型の照明装置などに用いることもできる。

また、光源５１０２には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることができる。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、ＬＥＤや有機ＥＬ素子などの発光素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。

図６において、室内機５２００及び室外機５２０４を有するエアコンディショナーは、蓄電装置５２０３を用いた電気機器の一例である。具体的に、室内機５２００は、筐体５２０１、送風口５２０２、蓄電装置５２０３などを有する。図６では、蓄電装置５２０３が、室内機５２００に設けられている場合を例示しているが、蓄電装置５２０３は室外機５２０４に設けられていてもよい。或いは、室内機５２００と室外機５２０４の両方に、蓄電装置５２０３が設けられていてもよい。エアコンディショナーは、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置５２０３に蓄積された電力を用いることもできる。特に、室内機５２００と室外機５２０４の両方に蓄電装置５２０３が設けられている場合、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様である蓄電装置５２０３を無停電電源として用いることでエアコンディショナーの利用が可能となる。

なお、図６では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショナーを例示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを１つの筐体に有する一体型のエアコンディショナーに、本発明の一態様である蓄電装置を用いることもできる。

図６において、電気冷凍冷蔵庫５３００は、蓄電装置５３０４を用いた電気機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫５３００は、筐体５３０１、冷蔵室用扉５３０２、冷凍室用扉５３０３、蓄電装置５３０４などを有する。図６では、蓄電装置５３０４が、筐体５３０１の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫５３００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置５３０４に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、蓄電装置５３０４を無停電電源として用いることで電気冷凍冷蔵庫５３００の利用が可能となる。

なお、上述した電気機器のうち、電子レンジなどの高周波加熱装置、電気炊飯器などの電気機器は、短時間で高い電力を必要とする。よって、商用電源では賄いきれない電力を補助するための補助電源として、本発明の一態様である蓄電装置を用いることで電気機器の使用時に商用電源のブレーカーが落ちるのを防ぐことができる。

また、電気機器が使用されない時間帯、特に商用電源の供給元が供給可能な総電力量のうち、実際に使用される電力量の割合（電力使用率という。）が低い時間帯において、蓄電装置に電力を蓄えておくことで、上記時間帯以外において電力使用率が高まるのを抑えることができる。例えば、電気冷凍冷蔵庫５３００の場合、気温が低く、冷蔵室用扉５３０２、冷凍室用扉５３０３の開閉が行われない夜間において、蓄電装置５３０４に電力を蓄える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉５３０２、冷凍室用扉５３０３の開閉が行われる昼間において、蓄電装置５３０４を補助電源として用いることで昼間の電力使用率を低く抑えることができる。

また、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態５）
次に、本発明の一態様である蓄電装置を備えた電気機器の一例として、携帯情報端末について説明する。

図７（Ａ）に携帯情報端末６５０の表側の模式図を示す。図７（Ｂ）に携帯情報端末６５０の裏側の模式図を示す。携帯情報端末６５０は、筐体６５１、表示部６５２（表示部６５２ａ及び表示部６５２ｂを含む。）、電源スイッチ６５３、光センサ６５４、カメラ用レンズ６５５、スピーカー６５６、マイクロフォン６５７及び電源６５８を有する。

表示部６５２ａ及び表示部６５２ｂはタッチパネルであり、文字入力を行うためのキーボードボタンは必要に応じて表示させることでき、当該キーボードボタンに指やスタイラスなどでふれることにより文字入力を行うことができる。また、当該キーボードボタンを表示させず、指やスタイラスなどを用いて表示部６５２ａに直接文字や図をかくことで表示部６５２ａにその文字や図を表示させることができる。

また、表示部６５２ｂには携帯情報端末６５０で行うことができる機能が表示されており、所望の機能を示すマーカーを指やスタイラスでふれることにより、携帯情報端末６５０は当該機能を実行する。例えば、マーカー６５９にふれることで電話としての機能を行うことができるようになり、スピーカー６５６及びマイクロフォン６５７用いて通話することができる。

携帯情報端末６５０はジャイロ、加速度センサなど傾きを検出する検出装置（図示せず）を内蔵している。そのため、筐体６５１を縦又は横にすることで、表示部６５２ａ及び表示部６５２ｂにおいて縦表示又は横表示などの表示方向を切り替えることができる。

また、携帯情報端末６５０には光センサ６５４が設けられており、携帯情報端末６５０は、光センサ６５４で検出される外光の光量に応じて表示部６５２ａ及び表示部６５２ｂの輝度を最適に制御することができる。

携帯情報端末６５０には電源６５８が設けられており、電源６５８は太陽電池６６０、及び充放電制御回路６７０を有する。なお、図７（Ｃ）では充放電制御回路６７０の一例としてバッテリー６７１、ＤＣＤＣコンバータ６７２、コンバータ６７３を有する構成について示しており、バッテリー６７１は、上記実施の形態で説明した蓄電装置を有している。

また、携帯情報端末６５０はこの他に、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能などを有することができる。

携帯情報端末６５０に装着された太陽電池６６０によって、電力を表示部又は映像信号処理部などに供給することができる。なお、太陽電池６６０は、筐体６５１の片面又は両面に設けることができ、バッテリー６７１の充電を効率的に行う構成とすることができる。なおバッテリー６７１としては、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いると、小型化を図ることができるなどの利点がある。

また、図７（Ｂ）に示す充放電制御回路６７０の構成、及び動作について図７（Ｃ）に示したブロック図を用いて説明する。図７（Ｃ）には、太陽電池６６０、バッテリー６７１、ＤＣＤＣコンバータ６７２、コンバータ６７３、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部６５２について示しており、バッテリー６７１、ＤＣＤＣコンバータ６７２、コンバータ６７３、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が、図７（Ｂ）に示す充放電制御回路６７０に対応する箇所となる。

まず、外光により太陽電池６６０により発電がされる場合の動作の例について説明する。太陽電池６６０で発電した電力は、バッテリー６７１を充電するための電圧となるようＤＣＤＣコンバータ６７２で昇圧又は降圧がなされる。そして、表示部６５２の動作に太陽電池６６０からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ６７３で表示部６５２に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部６５２での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー６７１の充電を行う構成とすればよい。

なお、太陽電池６６０については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、圧電素子（ピエゾ素子）や熱電変換素子（ペルティエ素子）などの他の発電手段によるバッテリー６７１の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線（非接触）で電力を送受信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよい。

また、本発明の一態様は、上記実施の形態で説明した蓄電装置を具備していれば、図７に示した携帯情報端末に限定されないことは言うまでもない。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態６）
さらに、電気機器の一例である移動体の例について、図８を用いて説明する。

先の実施の形態で説明した蓄電装置を制御用のバッテリーに用いることができる。制御用のバッテリーは、プラグイン技術や非接触給電による外部からの電力供給により充電をすることができる。なお、移動体が鉄道用電気車両の場合、架線や導電軌条からの電力供給により充電をすることができる。

図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、電気自動車の一例を示している。電気自動車６８０には、バッテリー６８１が搭載されている。バッテリー６８１の電力は、制御回路６８２により出力が調整されて、駆動装置６８３に供給される。制御回路６８２は、図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵなどを有する処理装置６８４によって制御される。

駆動装置６８３は、直流電動機若しくは交流電動機単体、又は電動機と内燃機関と、を組み合わせて構成される。処理装置６８４は、電気自動車６８０の運転者の操作情報（加速、減速、停止など）や走行時の情報（上り坂や下り坂などの情報、駆動輪にかかる負荷情報など）の入力情報に基づき、制御回路６８２に制御信号を出力する。制御回路６８２は、処理装置６８４の制御信号により、バッテリー６８１から供給される電気エネルギーを調整して駆動装置６８３の出力を制御する。交流電動機を搭載している場合は、図示していないが、直流を交流に変換するインバータも内蔵される。

バッテリー６８１は、プラグイン技術による外部からの電力供給により充電することができる。例えば、商用電源から電源プラグを通じてバッテリー６８１に充電する。充電は、ＡＣ／ＤＣコンバータなどの変換装置を介して、一定の電圧値を有する直流定電圧に変換して行うことができる。バッテリー６８１として、本発明の一態様に係る蓄電装置を搭載することで、電池の高容量化などに寄与することができ、利便性を向上させることができる。また、バッテリー６８１の特性の向上により、バッテリー６８１自体を小型軽量化することができれば、車両の軽量化に寄与するため、燃費を向上させることができる。

なお、本発明の一態様は、上記実施の形態で説明した蓄電装置を具備していれば、図８で示した電気自動車に限定されない。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

本実施例では、一般式（Ｇ３）で表される環状４級アンモニウム塩であって、アニオン（Ａ⁻）がフルオロスルホニルアミド（ＦＳＡ）アニオンである環状４級アンモニウム塩、２−メチル−５−アゾニアスピロ［４，４］ノナンビス（フルオロスルホニル）アミド（以下、２ｍＡＳ４４−ＦＳＡと略記する。）の合成方法及び物性値について説明する。なお、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。

２ｍＡＳ４４−ＦＳＡの合成方法は下記合成スキーム（Ｓ−８）を用いて説明する。２ｍＡＳ４４−ＦＳＡの構造式は、合成スキーム（Ｓ−８）の構造式（β−４）である。

〈３−メチルピロリジンの合成〉
構造式（β−１）で表される４−アミノ−２−メチル−１−ブタノール（０．５ｍｏｌ）と、四塩化炭素（１．０ｍｏｌ，２ｅｑ）とを塩化メチレン（１５０ｍｌ）に溶かし、トリフェニルホスフィン（０．５５ｍｏｌ，１．１ｅｑ）を加えた後、４０℃で約３時間加熱還流を行った。その後、中間生成物を水で３回抽出し、水を減圧留去した。残留物を容器に移し、水６０ｍｌと水酸化ナトリウム（１．０ｍｏｌ，２ｅｑ）を加え一晩撹拌した（１５〜２０時間）。２層に分離していることを確認し、ＮａＣｌを加え塩析を行い、蒸留を行うことで、構造式（β−２）で表される３−メチルピロリジン（４０．６４ｇ，０．５ｍｏｌ）を得た。

〈２−メチル−５−アゾニアスピロ［４，４］ノナンブロミドの合成〉
次に、水５００ｍｌに水酸化ナトリウム（０．５ｍｏｌ）を溶かした水酸化ナトリウム水溶液にジブロモブタン（０．５ｍｏｌ）を加えた。この混合溶液を６０℃に保ち、攪拌しながら上記合成した３−メチルピロリジン（０．５ｍｏｌ）を３０分かけて滴下した後、１００℃で約３時間の加熱還流を行った。溶媒を６０℃で減圧溜去した後、２５０ｍｌの水に水酸化ナトリウム（２．５ｍｏｌ）を溶かし、残渣に氷冷しながら当該水酸化ナトリウム水溶液を加えた。塩化メチレンで目的物を３回抽出し、塩化メチレン層を硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を減圧留去して粗沈殿物を得た。塩化メチレン及びアセトンで再結晶精製をした後、ジエチルエーテルで洗浄し乾燥することで、構造式（β−４）で表される２−メチル−５−アゾニアスピロ［４，４］ノナンブロミド（０．２２５ｍｏｌ，４９．６ｇ）を得た。

〈２ｍＡＳ４４−ＦＳＡの合成〉
２−メチル−５−アゾニアスピロ［４，４］ノナンブロミド（０．２２５ｍｏｌ）の水溶液と、カリウムビス（フルオロスルホニル）アミド（０．２４８ｍｏｌ，１．１ｅｑ）の水溶液を混合し一晩撹拌すると（１５〜２０時間）、無色透明の疎水性粘性液体が得られた。中間生成物を塩化メチレンで３回抽出した後、塩化メチレン層を水で洗浄した。水層を少量分けて取り硝酸銀水溶液に加えると臭化銀の白色沈殿が見られた。臭化銀の白色沈殿が見られなくなるまで塩化メチレン層の洗浄を行い（水洗浄６回）、硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を減圧留去した。得られた粘性液体を更に６０℃で約８時間減圧乾燥することで２−メチル−５−アゾニアスピロ［４，４］ノナンビス（フルオロスルホニル）アミド（６４．１１ｇ，０．２０ｍｏｌ）を得た。

合成スキーム（Ｓ−８）に従って合成した化合物が目的物の２ｍＡＳ４４−ＦＳＡであることを核磁気共鳴法（ＮＭＲ）及びＭＳスペクトルによって確認した。

^１Ｈ ＮＭＲチャートを図９（Ａ）、（Ｂ）に示す。なお、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の１．００ｐｐｍ〜４．００ｐｐｍ範囲を拡大して表したチャートである。

得られた化合物の^１Ｈ ＮＭＲデータを以下に示す。
^１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３，４００ＭＨｚ，２９８Ｋ）：δ（ｐｐｍ）１．２３，１．２５（３Ｈ），１．８５〜１．９５（１Ｈ），２．２６〜２．３１（１Ｈ），２．３９〜２．４９（１Ｈ），２．６２〜２．７４（１Ｈ），３．１１，３．１３，３．１６（１Ｈ），３．５１〜３．７４（７Ｈ）

得られた化合物の電子衝撃質量分析（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｍｐａｃｔ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＥＩ−ＭＳ）スペクトルの測定結果を以下に示す。
ＭＳ（ＥＩ−ＭＳ）：ｍ／ｚ＝１４０．１４（Ｍ）^＋；Ｃ_９Ｈ_１８Ｎ（１４０．１４），ｍ／ｚ＝１７９．９２（Ｍ）⁻；Ｆ_２ＮＯ_４Ｓ_２（１７９．９２）

上記より、合成した化合物が目的物の２ｍＡＳ４４−ＦＳＡであることが確認できた。

得られた２ｍＡＳ４４−ＦＳＡの物性値について評価した。粘度は、株式会社セコニック社製の振動式粘度計（ＶＭ−１０Ａ）を用いて２５℃で測定した。振動式粘度計は測定値が「粘度（ｍＰａ・ｓ）×密度（ｇ／ｍｌ）」であるため、測定値を密度で除算し粘度を求めた。

イオン伝導性は導電率で評価した。導電率はフッ素樹脂製の筐体にＳＵＳ製の平板電極を備えた導電率セルにサンプルを封入し、交流インピーダンス測定により求めた。交流インピーダンス測定とは、ポテンシオスタットと周波数応答解析装置（ＦＲＡ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎａｌｙｚｅｒ）とからなるインピーダンス測定システムを使用し、測定対象に微少な電圧振幅を与えた応答電流を解析するものである。交流インピーダンス測定は、北斗電工株式会社製の電気化学測定システムＨＺ−５０００に株式会社エヌエフ回路設計ブロック製の周波数応答解析機ＦＲＡ５０２２を接続し、ＡＣ（交流）振幅１０ｍＶ、２５℃で行った。

融点は、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製の示差走査熱量計ＤＳＣ２００を用い、測定温度範囲：−１００℃〜１００℃、昇温速度：１０℃／ｍｉｎで測定した。

２５℃において、２ｍＡＳ４４−ＦＳＡの粘度は４７ｍＰａ・ｓであった。２ｍＡＳ４４−ＦＳＡの融点は−１１．４℃及び−８．１℃であった。また、２５℃での２ｍＡＳ４４−ＦＳＡの導電率８．４ｍＳ／ｃｍであった。なお、本実施例で合成した２ｍＡＳ４４−ＦＳＡに融点が２つ存在することは、合成した２ｍＡＳ４４−ＦＳＡに立体異性体が含まれているためであると考察できる。

また、２ｍＡＳ４４−ＦＳＡについて、酸化電位及び還元電位を評価するため、リニアスイープボルタモグラムの測定を行った。

測定は、北斗電工株式会社製の電気化学測定システムＨＺ−５０００を用いて、グローブボックス内アルゴン雰囲気下で行った。作用電極にはグラッシーカーボン電極を用い、対極として白金線を用いた。参照電極として、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミドを０．１ｍｏｌ／Ｌの濃度でトリフルオロメタンスルホン酸銀を溶解させた溶液に銀線を浸漬したものを用いた。各試料の還元電位は、リチウムの酸化還元電位（Ｌｉ／Ｌｉ^＋）を基準として補正した。

リニアスイープボルタモグラムにおいて、酸化電位は、電位を走査していく中で、１ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度を検出した電位とした。また、還元電位は、電位を走査していく中で、−１ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度を検出した電位とした。

２ｍＡＳ４４−ＦＳＡの酸化電位は６．１Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ^＋）であり、還元電位は０．１Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ^＋）であった。

上記より、本発明の一態様である２ｍＡＳ４４−ＦＳＡの融点は摂氏０℃より低いことから、２ｍＡＳ４４−ＦＳＡを非水溶媒とし、非水電解質を作製することで低温環境下でも動作し、幅広い温度範囲で動作可能な蓄電装置が作製可能であると確認できた。

なお、本実施例は、他の実施の形態及び実施例に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

本実施例では、実施例１に記載した２ｍＡＳ４４−ＦＳＡを非水電解質の非水溶媒として用いたリチウム二次電池の電池特性について説明する。

本実施例は、フルセルのコイン型リチウム二次電池を作製し、電池特性を評価した。まず、リチウム二次電池の構造及び作製方法について図１を用いて説明する。

正極１０４は正極集電体１０５であるアルミニウム箔と、厚さ約５０μｍの正極活物質層１０６との積層構造とした。正極活物質層１０６はリン酸鉄（ＩＩ）リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）と、アセチレンブラックと、ポリフッ化ビニリデンとを８５：８：７の割合で混合した混合物を用い、当該アルミニウム箔の片側に形成した。なお、正極１０４において、ＬｉＦｅＰＯ_４の担持量は約６．０ｍｇ／ｃｍ^２とし、単極理論容量は約１．０ｍＡｈ／ｃｍ^２とした。

負極１０７は負極集電体１０８である銅箔と、厚さ約１００μｍの負極活物質層１０９との積層構造とした。負極活物質層１０９は径が９μｍのメソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）粉末と、アセチレンブラックと、ポリフッ化ビニリデンとを９３：２：５の割合で混合した混合物を用い、当該銅箔の片側に形成した。なお、負極１０７において、ＭＣＭＢの担持量は約９．３ｍｇ／ｃｍ^２とし、単極理論容量は約３．４６ｍＡｈ／ｃｍ^２とした。

非水電解質は実施例１に記載した２ｍＡＳ４４−ＦＳＡを非水溶媒とし、リチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミド（以下、ＬｉＴＦＳＡと略記する。）をリチウム塩とし、ＬｉＴＦＳＡを１．０Ｍの割合で２ｍＡＳ４４−ＦＳＡに溶解させた溶液を用いた。

セパレータ１１０は親水処理を施した厚さ１２５μｍのポリフッ化ビ二リデン膜を用いた。なお、セパレータ１１０は上記非水電解質に含浸させて、セパレータ１１０に上記非水電解質を含ませた。

正極缶１０１及び負極缶１０２はステンレス（ＳＵＳ）で形成されているものを用いた。また、ガスケット１０３としてスペーサーやワッシャーを用いた。

図１に示したように、正極缶１０１と、正極１０４と、セパレータ１１０と、負極１０７と、ガスケット１０３と、負極缶１０２とを重ね、「コインかしめ機」で正極缶１０１と負極缶１０２とをかしめてコイン型リチウム二次電池を作製した。作製したコイン型リチウム二次電池を試料１とする。

また、試料１の非水電解質の非水溶媒の２ｍＡＳ４４−ＦＳＡを、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム（ＥＭＩ）カチオンとＦＳＡアニオンとを有するイオン液体（ＥＭＩ−ＦＳＡ）にしたコイン型リチウム二次電池を比較例１とする。なお、比較例１において、リチウム塩の濃度など他の構成は試料１と同じであり、試料１と同様に作製した。

また、試料１の非水電解質の非水溶媒を２ｍＡＳ４４−ＦＳＡを、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジニウム（Ｐ１３）カチオンとＦＳＡアニオンとを有するイオン液体（Ｐ１３−ＦＳＡ）にしたコイン型リチウム二次電池を比較例２とする。なお、比較例２において、リチウム塩の濃度など他の構成は試料１と同じであり、試料１と同様に作製した。

試料１、比較例１及び比較例２の充放電特性について測定を行った。当該測定は充放電測定器（東洋システム社製）を用い、試料１、比較例１及び比較例２を６０℃に加熱保持した状態で行った。また、当該測定の充放電は２．０Ｖ以上４．０Ｖ以下の範囲において０．１Ｃのレートで充放電を行った（定電流充放電）。

図１０は、試料１、比較例１及び比較例２の充放電特性を示しており、横軸は正極活物質重量あたりの容量を示し、縦軸は充放電電圧を示す。実線は試料１の結果を示し、点線は比較例１の結果を示し、１点鎖線は比較例２の結果を示す。また、太線で描かれた曲線は試料１、比較例１及び比較例２の充電曲線を示し、４Ｖのときの容量値を初回充電容量とする。細線で描かれた曲線は試料１、比較例１及び比較例２の放電曲線を示し、２Ｖのときの容量値を初回放電容量とする。

図１０から、試料１、比較例１及び比較例２のいずれも初回充電容量に大きな差は見られず、約１５０ｍＡｈ／ｇであったが、初回放電容量に差が見られた。試料１の初回放電容量は約１００ｍＡｈ／ｇであったのに対して、比較例１の初回放電容量は約３０ｍＡｈ／ｇであり、比較例２の初回放電容量は約７５ｍＡｈ／ｇであった。つまり、充電容量に対する放電容量の割合（初回充放電効率）は試料１が最も高いと確認できた。

ここで、試料１の初回充放電効率が比較例１及び比較例２と比べて優れている理由について考察する。充電容量に対する放電容量の低下は、充電した容量の一部が不可逆な反応に利用されてしまうためであると推測できる。そのような不可逆な反応の１つとしては、イオン液体のカチオンがキャリアイオンであるリチウムイオンの挿入又は脱離に利用される負極活物質中のサイトを埋める反応が挙げられる。

また、非水電解質に用いた非水溶媒の種類によって初回充放電効率が異なるということは、非水溶媒に用いたイオン液体の構造、さらに言うとイオン液体のカチオンの立体構造が異なるために確認できた結果ともいえる。

図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に試料１、比較例１及び比較例２に用いたイオン液体におけるカチオンの立体構造を示す。図１１（Ａ）は２ｍＡＳ４４カチオンであり、図１１（Ｂ）はＥＭＩカチオンであり、図１１（Ｃ）はＰ１３カチオンである。

なお、２ｍＡＳ４４カチオン、ＥＭＩカチオン、及びＰ１３カチオンの立体構造として、一重項基底状態における最適分子構造を、密度汎関数法（Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｔｈｅｏｒｙ：ＤＦＴ）を用いて計算した。ＤＦＴの全エネルギーは、ポテンシャルエネルギー、電子間静電エネルギー、電子の運動エネルギー、複雑な電子間の相互作用を全て含む交換相関エネルギーとの和で表される。ＤＦＴでは、交換相関相互作用を、電子密度で表現された一電子ポテンシャルの汎関数（関数の関数を意味する）で近似しているため、計算は高速かつ高精度である。ここでは、混合汎関数であるＢ３ＬＹＰを用いて、交換と相関エネルギーに係る各パラメータの重みを規定した。また、基底関数として、６−３１１Ｇ（それぞれの原子価軌道に三つの短縮関数を用いたｔｒｉｐｌｅ ｓｐｌｉｔ ｖａｌｅｎｃｅ基底系の基底関数）を全ての原子に適用した。上述の基底関数により、例えば、水素原子であれば、１ｓ〜３ｓの軌道が考慮され、また、炭素原子であれば、１ｓ〜４ｓ、２ｐ〜４ｐの軌道が考慮されることになる。さらに、計算精度向上のため、分極基底系として、水素にはｐ関数を、水素原子以外はｄ関数を加えた。また、本実施例では、量子化学計算プログラムとして、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９を使用した。当該量子化学計算は、ハイパフォーマンスコンピュータ（ＳＧＩ社製、Ａｌｔｉｘ ＩＣＥ８４００ＥＸ）を用いて行った。なお、当該量子化学計算では、２ｍＡＳ４４カチオン、ＥＭＩカチオン、及びＰ１３カチオンは最安定構造とし、また真空中として行った。

２ｍＡＳ４４カチオンは、スピロ環を構成する二つの脂肪族環が互いに直交するようにねじれた立体構造をしており、窒素原子を中心に環が回転することもできないため、比較例１及び比較例２に比べて立体障害が大きい構造である（図１１（Ａ）参照）。なお、２ｍＡＳ４４カチオンは光学異性体を含むが、光学異性体同士の最安定化構造におけるＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）は一致するため、図１１（Ａ）にはその一方の構造のみを示す。

ＥＭＩカチオンは、イミダゾリウム環を構成する原子が同一平面上に存在するような立体構造をしており、試料１及び比較例２に比べて立体障害が小さい構造である（図１１（Ｂ）参照）。

Ｐ１３カチオンは、ピロリジニウム環を構成する原子はＥＭＩカチオンとは異なり、環骨格平面外に置換基を有するためＥＭＩカチオンより立体障害が大きい構造であり、環を２つ有する２ｍＡＳ４４カチオンよりは立体障害が小さい構造である（図１１（Ｃ）参照）。

なお、全てのカチオンにおいて、置換基であるメチル基及びエチル基は炭素原子を中心に自由回転することができる。

上記より、立体障害が小さいとリチウムイオンの挿入又は脱離に利用される負極活物質中のサイトを埋めやすいといえる。それゆえ、立体障害が大きいカチオンほど当該サイトを埋めにくいといえる。つまり、ＥＭＩカチオン及びＰ１３カチオンよりも立体障害が大きい２ｍＡＳ４４カチオンは当該サイトを埋めにくいといえる。従って、２ｍＡＳ４４カチオンを有するイオン液体を用いた試料１は、このような不可逆な反応が抑制されているため、比較例１及び比較例２よりも初回充放電効率が高くなったといえる。

以上より、カチオンの立体構造が嵩高く、立体障害の大きいスピロ環構造のカチオンを用い、常温でも液体を示すように置換基を導入してカチオンの対称性を崩したカチオンを有する本発明の一態様の環状４級アンモニウム塩を非水溶媒に用いることで、従来から知られているイオン液体を非水溶媒に用いて作製したリチウム二次電池に比べて高性能なリチウム二次電池を作製可能と確認できた。

また、試料１はエチレンカーボネート（ＥＣ）又はビニレンカーボネート（ＶＣ）などの添加剤なしに電池動作することも確認できた。従って、本発明の一態様の環状４級アンモニウム塩を非水溶媒に用いることで、当該添加剤の分解反応や被膜生成反応などの不可逆反応が無いために、初回充放電容量の低下が抑制されたリチウム二次電池が作製可能と確認できた。

なお、本実施例は、他の実施の形態及び実施例に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

本実施例では、一般式（Ｇ３）で表される環状４級アンモニウム塩であって、アニオン（Ａ⁻）がフルオロスルホニルアミド（ＦＳＡ）アニオンである環状４級アンモニウム塩、７−メチル−５−アゾニアスピロ［４，５］デカンビス（フルオロスルホニル）アミド（以下、７ｍＡＳ４５−ＦＳＡと略記する。）の合成方法及び物性値について説明する。７ｍＡＳ４５−ＦＳＡの構造式は、下記の構造式（β−５）である。なお、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。

本実施例で説明する７ｍＡＳ４５−ＦＳＡは、実施例１で説明した２ｍＡＳ４４−ＦＳＡの合成方法を参照して合成することができる。具体的には、３−ピペコリン及び１，４−ジブロモペンタンを反応させて、７−メチル−５−アゾニアスピロ［４，５］デカンブロミドを合成し、７−メチル−５−アゾニアスピロ［４，５］デカンブロミドについて、ＦＳＡアニオンと交換することで、７ｍＡＳ４５−ＦＳＡを合成することができる。そこで、７ｍＡＳ４５−ＦＳＡに関する合成スキームは省略する。

〈７−メチル−５−アゾニアスピロ［４，５］デカンブロミドの合成〉
室温、窒素雰囲気下で３−ピペコリン（９．９ｇ，１００ｍｍｏｌ）、２−プロパノール（９０ｍｌ）と、炭酸カリウム（２８．０ｇ，２００ｍｍｏｌ）と、２−プロパノール（１０ｍｌ）に１，４−ジブロモブタン（１７．０ｇ，８０ｍｍｏｌ）を溶解させた溶液とを混合した。この混合溶液を、１００℃で１０時間の加熱還流を行った。得られた反応溶液に２−プロパノール（１００ｍｌ）を加え、吸引ろ過で固体を取り除き、２−プロパノール（１００ｍｌ）で洗浄した。得られたろ液を濃縮し、２−プロパノール及びアセトンの混合溶媒で再結晶精製し、得られた固体をろ過及び乾燥させて、白色固体；７−メチル−５−アゾニアスピロ［４，５］デカンブロミド（１４．０ｇ，６０ｍｍｏｌ）を得た。

〈７ｍＡＳ４５−ＦＳＡの合成〉
７−メチル−５−アゾニアスピロ［４，５］デカンブロミド（１３．５ｇ，５８ｍｍｏｌ）とカリウムビス（フルオロスルホニル）アミド（１３．９ｇ，６３ｍｍｏｌ）を純水中、混合攪拌することにより直ちに水に不溶なイオン液体を得た。その後、得られたイオン液体を、塩化メチレンで抽出した後、純水で６回洗浄した。溶媒を留去し１００℃で真空乾燥することによって、７−メチル−５−アゾニアスピロ［４，５］デカンビス（フルオロスルホニル）アミド（１６．６ｇ，５０ｍｍｏｌ）を得た。

上記ステップにより得られたイオン液体が、７ｍＡＳ４５−ＦＳＡであることを核磁気共鳴法（ＮＭＲ）及びＭＳスペクトルによって確認した。

^１Ｈ ＮＭＲチャートを図１２（Ａ）、（Ｂ）に示す。なお、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）の１．００ｐｐｍ〜４．００ｐｐｍ範囲を拡大して表したチャートである。

得られた化合物の^１Ｈ ＮＭＲデータを以下に示す。
^１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３，４００ＭＨｚ，２９８Ｋ）：δ（ｐｐｍ）１．０２〜１．０５（３Ｈ），１．２０〜１．３１（１Ｈ），１．８２〜１．９３（３Ｈ），１．９３〜２．０５（１Ｈ），２．２３〜２．３０（４Ｈ），２．９１〜２．９８（１Ｈ），３．１９〜３．２７（１Ｈ），３．３３〜３．３７（１Ｈ），３．４３〜３．４７（１Ｈ），３．５０〜３．６０（４Ｈ）

得られた化合物の電子衝撃質量分析（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｍｐａｃｔ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＥＩ−ＭＳ）スペクトルの測定結果を以下に示す。
ＭＳ（ＥＩ−ＭＳ）：ｍ／ｚ＝１５４．２２（Ｍ）^＋；Ｃ_１０Ｈ_２０Ｎ（１５４．１６），ｍ／ｚ＝１７９．９８（Ｍ）⁻；Ｆ_２ＮＯ_４Ｓ_２（１７９．９２）

以上より、上記ステップで合成した化合物が目的物の７ｍＡＳ４５−ＦＳＡであることが確認できた。

また、７ｍＡＳ４５−ＦＳＡについて、粘度、融点及び導電率を測定した。粘度、融点及び導電率の測定は実施例１と同様にして行った。７ｍＡＳ４５−ＦＳＡの粘度は６８Ｐａ・ｓであった。７ｍＡＳ４５−ＦＳＡの融点は−２４℃及び−６℃であった。また、２５℃での７ｍＡＳ４５−ＦＳＡの導電率５．５ｍＳ／ｃｍであった。なお、本実施例で合成した７ｍＡＳ４５−ＦＳＡに融点が２つ存在することは、合成した７ｍＡＳ４５−ＦＳＡに立体異性体が含まれているためであると考察できる。

また、７ｍＡＳ４５−ＦＳＡについて、酸化電位及び還元電位を評価するため、リニアスイープボルタモグラムの測定を行った。当該測定は、実施例１と同様の方法で行った。

７ｍＡＳ４５−ＦＳＡの酸化電位は５．８Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ^＋）であり、還元電位は０．１Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ^＋）であった。

なお、実施例２に示した計算と同様に、７ｍＡＳ４５カチオンの一重項基底状態における最適分子構造について密度汎関数法を用いた計算から、７ｍＡＳ４５カチオンのＬＵＭＯ準位は−３．３３ｅＶであった。

上記より、本発明の一態様である７ｍＡＳ４５−ＦＳＡの融点は摂氏０℃より低いことから、７ｍＡＳ４５−ＦＳＡを非水溶媒とし、非水電解質を作製することで低温環境下でも動作し、幅広い温度範囲で動作可能な蓄電装置が作製可能であると確認できた。

なお、本実施例は、他の実施の形態及び実施例に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

本実施例では、実施例３に記載した７ｍＡＳ４５−ＦＳＡを非水電解質の非水溶媒として用いたリチウム二次電池の電池特性について説明する。

本実施例は、フルセルのコイン型リチウム二次電池を作製し、電池特性を評価した。まず、コイン型リチウム二次電池の構造及び作製方法について図１を用いて説明する。

正極１０４は正極集電体１０５であるアルミニウム箔と、厚さ約５０μｍの正極活物質層１０６との積層構造とした。正極活物質層１０６はリン酸鉄（ＩＩ）リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）と、アセチレンブラックと、ポリフッ化ビニリデンとを８５：８：７の割合で混合した混合物を用い、当該アルミニウム箔の片側に形成した。なお、正極１０４において、ＬｉＦｅＰＯ_４の担持量は約６．０ｍｇ／ｃｍ^２とし、単極理論容量は約１．０ｍＡｈ／ｃｍ^２とした。

負極１０７は負極集電体１０８である銅箔と、厚さ約１００μｍの負極活物質層１０９との積層構造とした。負極活物質層１０９は径が９μｍのメソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）粉末と、ポリフッ化ビニリデンとを９０：１０の割合で混合した混合物を用い、当該銅箔の片側に形成した。なお、負極１０７において、ＭＣＭＢの担持量は約８．０ｍｇ／ｃｍ^２とし、単極理論容量は約３．０ｍＡｈ／ｃｍ^２とした。

非水電解質は、実施例３に記載した７ｍＡＳ４５−ＦＳＡを非水溶媒とし、ＬｉＴＦＳＡをリチウム塩とし、１．０Ｍの割合で７ｍＡＳ４５−ＦＳＡに溶解させた溶液を用いた。

セパレータ１１０は親水処理を施した厚さ１２５μｍのポリフッ化ビ二リデン膜を用いた。なお、セパレータ１１０は上記非水電解質に含浸させて、セパレータ１１０に上記非水電解質を含ませた。

正極缶１０１及び負極缶１０２はステンレス（ＳＵＳ）で形成されているものを用いた。また、ガスケット１０３としてスペーサーやワッシャーを用いた。

図１に示したように、正極缶１０１と、正極１０４と、セパレータ１１０と、負極１０７と、ガスケット１０３と、負極缶１０２とを重ね、「コインかしめ機」で正極缶１０１と負極缶１０２とをかしめてコイン型リチウム二次電池を作製した。作製したコイン型リチウム二次電池を試料２とする。

試料２の充放電特性について測定を行った。当該測定は、実施例１で用いた測定器と同じ充放電測定器を用い、試料２を６０℃に加熱保持した状態で行った。また、当該測定の充放電は２．０Ｖ以上４．０Ｖ以下の範囲において０．１Ｃのレートで充放電を行った（定電流充放電）。

図１３は、試料２の充放電特性を示しており、横軸は正極活物質重量あたりの容量を示し、縦軸は充放電電圧を示す。また、太線で描かれた曲線は試料２の充電曲線を示し、４Ｖのときの容量値を初回充電容量とする。細線で描かれた曲線は試料２の放電曲線を示し、２Ｖのときの容量値を初回放電容量とする。

試料２の初回充電容量は、約１５０ｍＡｈ／ｇであり、試料２の初回放電容量は約１００ｍＡｈ／ｇであった。

また、７ｍＡＳ４５−ＦＳＡを非水溶媒とした試料２に加え、試料２に用いた非水溶媒の代わりに３ｍＰ１３−ＦＳＡを非水溶媒として用いた試料４、および試料２に用いた非水溶媒の代わりに３ｍＰＰ１３−ＦＳＡを非水溶媒として用いた試料５について、０．５Ｃのレートまたは０．２Ｃのレートでの温度に対する放電容量を測定した結果を図１９に示す。

図１９に示すように、各試料とも６０℃以上に対し、放電容量の減少は見られなかった。また、室温においても試料２は良好な放電容量を有していることが確認できた。

次に、試料２について、加熱保持する温度に対するサイクル特性を評価した。当該測定は、当該測定は、実施例１で用いた測定器と同じ充放電測定器を用いた。試料２を加熱保持する温度を、６０℃、８５℃、１００℃として行った。また、当該測定も定電流で充放電を行い、充電及び放電を１サイクルとする。１サイクル目は０．１Ｃのレートで定電流充電を行った後、同じＣレートで放電した。なお、２サイクル目からは０．５Ｃのレートで充放電を繰り返し、当該サイクルを２００サイクル行った。

図１４に、試料２の各温度で測定したサイクル特性を示す。横軸は充放電のサイクル回数を示し、縦軸は放電維持率を示す。なお、図１４には、２サイクル目以降の放電維持率を示した。図１４において、太線は試料２を６０℃に加熱保持したときのサイクル特性を示しており、細線は試料２を８５℃に加熱保持したときのサイクル特性を示しており、点線は試料２を１００℃に加熱保持したときのサイクル特性を示している。図１４より、６０℃での２００サイクル後の放電維持率は約７５％であった。８５℃での２００サイクル後の放電維持率は約５０％であった。１００℃においては、１００サイクル後までは約２０％の放電維持率を有しているが２００サイクル後では放電はほとんど確認できなかった。上記より、試料２は、一般に高温での安全性に欠けるとされている、ジエチルカーボネート又はエチレンカーボネートなどの有機溶媒を非水電解質の非水溶媒として用いたリチウム二次電池と比較して、６０℃以上の高温でも電池動作が可能であると確認できた。

なお、図１５には、６０℃に加熱保持した試料２の５００サイクルまでの放電維持率を示す。３００サイクル後の放電維持率は約６７％であった。４００サイクル後の放電維持率は約６１％であった。５００サイクル後の放電維持率は約５６％であった。なお、２００サイクルごとに０．１Ｃのレートで充放電させて容量を測定した。

さらに、図２０、図２１および図２２に、先に示した試料２、試料４、試料５を用いた電池に加え、非水電解質の非水溶媒として有機溶媒またはイオン液体を用いた電池において、温度ごとのサイクル特性を比較した結果を示す。なお、ここでは、有機溶媒として、ＥＣおよびＤＥＣを体積比１：１の比率で混合し、ＬｉＰＦ_６をリチウム塩として１Ｍの濃度で溶解させた溶液を非水電解質として用いた試料６、イオン液体として、ＰＰ１３−ＦＳＡ（Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（フルオロスルホニル）アミド）にＬｉＴＦＳＡをリチウム塩として１Ｍの濃度で溶解させた溶液を非水電解質として用いた試料７、イオン液体として、ＥＭＩ（略称）にＬｉＴＦＳＡをリチウム塩として１Ｍの濃度で溶解させた溶液を非水電解質として用いた試料８を用いた。

また、上記の測定結果を以下の表に示す。

図２０〜図２２に示すように、試料６乃至試料８より試料２、試料４、試料５を用いた方が良好なサイクル特性が得られることがわかった。また、試料２においては、６０℃における放電容量維持率が特に優れていることがわかった。

本実施例より、実施例３に記載した７ｍＡＳ４５−ＦＳＡを非水電解質の非水溶媒として用いることで、リチウム二次電池が作製可能であると確認できた。また、試料２はエチレンカーボネート又はビニレンカーボネートなどの添加剤なしに電池動作することも確認できた。

次に、７ｍＡＳ４５−ＦＳＡを非水電解質の非水溶媒として用いたリチウム二次電池のレート特性を評価した。レート特性の評価した試料は、正極には試料２と同様の正極を用い、負極にリチウム箔を用いたハーフセルのコイン型リチウム二次電池を用いた。当該ハーフセルは、試料２の作製方法において負極１０７を銅箔からリチウム箔に変えて作製した。それゆえ、当該ハーフセルの正極及び非水電解質は試料２と同じである。

ハーフセルのレート特性について測定を行った。当該測定は、実施例１で用いた測定器と同じ充放電測定器を用い、６０℃に加熱保持した状態で充放電を行った。充電は、４Ｖを上限とし、０．２Ｃのレートで行い、放電は、０．２Ｃと、０．５Ｃと、１Ｃと、２Ｃとの各々のレートで行った。図１６に各レートに対する放電容量を示す。

レートに対する充電容量は約１５０ｍＡｈ／ｇであり、０．２Ｃ、０．５Ｃ及び１Ｃに対する放電容量は約１５０ｍＡｈ／ｇであり、充電容量とほぼ同じであった。一方、２Ｃのレートでは放電容量は、約６０ｍＡｈ／ｇであった。このように、作製したハーフセルのレート特性は良好なものであると確認できた。

なお、図１６に示したようにハーフセルを６０℃に加熱保持した場合、１Ｃのレートで放電を行った場合は、放電容量は１４４ｍＡｈ／ｇであったが、ハーフセルを２５℃に加熱保持した場合、０．２Ｃのレートで放電することで、６０℃に加熱保持し、１Ｃのレートでの放電容量と同等の放電容量（具体的には１３３ｍＡｈ／ｇ）を得ることができた。

上記より、７ｍＡＳ４５−ＦＳＡを非水電解質の非水溶媒として用いることで、レート特性が良好なリチウム二次電池が作製可能であると確認できた。

さらに、上記試料２の他に、上記試料４、上記試料７についても室温（２５℃）でのレート特性について測定を行った。なお、リチウム二次電池の構造及び作製方法は実施例２と同様の条件で行った。

上記測定の結果を図２３に示す。なお、図２３においては、横軸を放電レート（Ｃ）とし、縦軸を０．１（Ｃ）での放電容量で示した。この結果、試料７よりも試料２、試料４の方がいずれも良好な特性を示すことが分かった。

なお、本実施例は、他の実施の形態及び実施例に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

本実施例では、一般式（Ｇ３）で表される環状４級アンモニウム塩であって、アニオン（Ａ⁻）がフルオロスルホニルアミド（ＦＳＡ）アニオンである環状４級アンモニウム塩、２−メチル−５−アゾニアスピロ［４，５］デカンビス（フルオロスルホニル）アミド（以下、２ｍＡＳ４５−ＦＳＡと略記する。）の合成方法及び物性値、並びに２ｍＡＳ４５−ＦＳＡを非水電解質に用いたリチウム二次電池の充放電特性について説明する。２ｍＡＳ４５−ＦＳＡの構造式は、下記の構造式（β−６）である。なお、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。

本実施例で説明する２ｍＡＳ４５−ＦＳＡは、実施例１で説明した２ｍＡＳ４４−ＦＳＡの合成方法を参照して合成することができる。具体的には、３−メチルピロリジン及び１，５−ジブロモペンタンを反応させて、２−メチル−５−アゾニアスピロ［４，５］デカンブロミドを合成し、２−メチル−５−アゾニアスピロ［４，５］デカンブロミドについて、ＦＳＡアニオンと交換することで、２ｍＡＳ４５−ＦＳＡを合成することができる。そこで、２ｍＡＳ４５−ＦＳＡに関する合成スキームは省略する。

〈２−メチル−５−アゾニアスピロ［４，５］デカンブロミドの合成〉
まず、実施例１と同様にして３−メチルピロリジン（合成スキーム（Ｓ−８）の構造式β−２参照）を合成する。次に、室温且つ大気下で水酸化ナトリウム（０．１ｍｏｌ）を純水（１００ｍｌ）に溶解させて水酸化ナトリウム水溶液を作製し、当該水酸化ナトリウム水溶液に１，５−ジブロモペンタン（０．１ｍｏｌ）を加えた。この混合溶液を６０℃に保ち、撹拌しながら３−メチルピロリジン（０．１ｍｏｌ）を３０分かけて滴下した後、７０℃で２時間、８０℃で約１時間の加熱還流を行った。得られた反応溶液に１０ｍｏｌ／Ｌ水酸化ナトリウム水溶液を加えて、１−ブタノールで目的物を抽出した。得られた抽出液を濃縮し、１−ブタノール及びエーテルの混合溶媒で再結晶精製し、得られた固体をろ過及び乾燥させて、白色固体；２−メチル−５−アゾニアスピロ［４，５］デカンブロミド（４．４ｇ，１９ｍｍｏｌ）を得た。

〈２ｍＡＳ４５−ＦＳＡの合成〉
２−メチル−５−アゾニアスピロ［４，５］デカンブロミド（４．４ｇ，１９ｍｍｏｌ）とカリウムビス（フルオロスルホニル）アミド（４．５ｇ，２１ｍｍｏｌ）を純水中、混合攪拌することにより直ちに水に不溶なイオン液体を得た。その後、得られたイオン液体を、塩化メチレンで抽出した後、純水で６回洗浄した。溶媒を留去し８０℃で真空乾燥することによって、２−メチル−５−アゾニアスピロ［４，５］デカンビス（フルオロスルホニル）アミド（５．２ｇ，１６ｍｍｏｌ）を得た。

上記ステップにより得られたイオン液体が、２ｍＡＳ４５−ＦＳＡであることを核磁気共鳴法（ＮＭＲ）及びＭＳスペクトルによって確認した。

^１Ｈ ＮＭＲチャートを図１７（Ａ）、（Ｂ）に示す。なお、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）の１．００ｐｐｍ〜４．００ｐｐｍ範囲を拡大して表したチャートである。

得られた化合物の^１Ｈ ＮＭＲデータを以下に示す。
^１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３，４００ＭＨｚ，２９８Ｋ）：δ（ｐｐｍ）１．２０〜１．２２（３Ｈ），１．６０〜１．７８（２Ｈ），１．７８〜１．９５（５Ｈ），２．２７〜２．４３（１Ｈ），２．５４〜２．７１（１Ｈ），２．８４〜３．００（１Ｈ），３．２４〜３．４６（４Ｈ），３．４６〜３．６４（２Ｈ），３．６４〜３．８１（１Ｈ）

得られた化合物の電子衝撃質量分析（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｍｐａｃｔ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＥＩ−ＭＳ）スペクトルの測定結果を以下に示す。
ＭＳ（ＥＩ−ＭＳ）：ｍ／ｚ＝１５４．２２（Ｍ）^＋；Ｃ_１０Ｈ_２０Ｎ（１５４．１６），ｍ／ｚ＝１７９．９８（Ｍ）⁻；Ｆ_２ＮＯ_４Ｓ_２（１７９．９２）

以上より、上記ステップで合成した化合物が目的物の２ｍＡＳ４５−ＦＳＡであることが確認できた。

また、２ｍＡＳ４５−ＦＳＡについて、粘度、融点及び導電率を測定した。粘度、融点及び導電率の測定は実施例１と同様にして行った。２ｍＡＳ４５−ＦＳＡの粘度は８５Ｐａ・ｓであった。２ｍＡＳ４５−ＦＳＡの融点は２．１℃及び７．６℃であった。また、２５℃での２ｍＡＳ４５−ＦＳＡの導電率は４．７ｍＳ／ｃｍであった。なお、本実施例で合成した２ｍＡＳ４５−ＦＳＡに融点が２つ存在することは、合成した２ｍＡＳ４５−ＦＳＡに立体異性体が含まれているためであると考察できる。

また、２ｍＡＳ４５−ＦＳＡについて、酸化電位及び還元電位を評価するため、リニアスイープボルタモグラムの測定を行った。当該測定は、実施例１と同様の方法で行った。

２ｍＡＳ４５−ＦＳＡの酸化電位は５．９Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ^＋）であり、還元電位は０．０１Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ^＋）であった。

上記より、本発明の一態様である２ｍＡＳ４５−ＦＳＡの融点は低いことから、２ｍＡＳ４５−ＦＳＡを非水溶媒とし、非水電解質を作製することで低温環境下でも動作し、幅広い温度範囲で動作可能な蓄電装置が作製可能であると確認できた。

なお、本実施例は、他の実施の形態及び実施例に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

本実施例では、実施例５に記載した２ｍＡＳ４５−ＦＳＡを非水電解質の非水溶媒として用いたリチウム二次電池の電池特性について説明する。

本実施例は、フルセルのコイン型リチウム二次電池を作製し、電池特性を評価した。本実施例で作製したコイン型リチウム二次電池の構造及び作製方法において、非水電解質の非水溶媒を実施例５に記載した２ｍＡＳ４５−ＦＳＡとした以外は実施例４と同じである。

本実施例で用いた非水電解質は、実施例５に記載した２ｍＡＳ４５−ＦＳＡを非水溶媒し、ＬｉＴＦＳＡをリチウム塩とし、１．０Ｍの割合で２ｍＡＳ４５−ＦＳＡに溶解させた溶液を用いた。なお、本実施例で作製したコイン型リチウム二次電池を試料３とする。

試料３の充放電特性について測定を行った。当該測定は、実施例１で用いた測定器と同じ充放電測定器を用い、試料３を６０℃に加熱保持した状態で行った。また、当該測定の充放電は２．０Ｖ以上４．０Ｖ以下の範囲において０．１Ｃのレートで充放電を行った（定電流充放電）。

図１８は、試料３の充放電特性を示しており、横軸は正極活物質重量あたりの容量を示し、縦軸は充放電電圧を示す。また、太線で描かれた曲線は試料３の充電曲線を示し、４Ｖのときの容量値を初回充電容量とする。細線で描かれた曲線は試料３の放電曲線を示し、２Ｖのときの容量値を初回放電容量とする。

試料３の初回充電容量は、約１５０ｍＡｈ／ｇであり、試料３の初回放電容量は約９０ｍＡｈ／ｇであった。

上記より、実施例５に記載した２ｍＡＳ４５−ＦＳＡを非水電解質の非水溶媒として用いることで、リチウム二次電池が作製可能であると確認できた。また、試料３はエチレンカーボネート又はビニレンカーボネートなどの添加剤なしに電池動作することも確認できた。

なお、本実施例は、他の実施の形態及び実施例に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

１００ 蓄電装置
１０１ 正極缶
１０２ 負極缶
１０３ ガスケット
１０４ 正極
１０５ 正極集電体
１０６ 正極活物質層
１０７ 負極
１０８ 負極集電体
１０９ 負極活物質層
１１０ セパレータ
１５３ 正極活物質
１５４ グラフェン
１８３ 負極活物質
１８４ 導電助剤
１８５ グラフェン
２００ 蓄電装置
２０１ 正極集電体
２０２ 正極活物質層
２０３ 正極
２０４ 負極集電体
２０５ 負極活物質層
２０６ 負極
２０７ セパレータ
２０８ 非水電解質
２０９ 外装体
３００ 蓄電装置
３０１ 正極キャップ
３０２ 電池缶
３０３ 正極端子
３０４ 正極
３０５ セパレータ
３０６ 負極
３０７ 負極端子
３０８ 絶縁板
３０９ 絶縁板
３１１ ＰＴＣ素子
３１２ 安全弁機構
６５０ 携帯情報端末
６５１ 筐体
６５２ 表示部
６５２ａ 表示部
６５２ｂ 表示部
６５３ 電源スイッチ
６５４ 光センサ
６５５ カメラ用レンズ
６５６ スピーカー
６５７ マイクロフォン
６５８ 電源
６５９ マーカー
６６０ 太陽電池
６７０ 充放電制御回路
６７１ バッテリー
６７２ ＤＣＤＣコンバータ
６７３ コンバータ
６８０ 電気自動車
６８１ バッテリー
６８２ 制御回路
６８３ 駆動装置
６８４ 処理装置
５０００ 表示装置
５００１ 筐体
５００２ 表示部
５００３ スピーカー部
５００４ 蓄電装置
５１００ 照明装置
５１０１ 筐体
５１０２ 光源
５１０３ 蓄電装置
５１０４ 天井
５１０５ 側壁
５１０６ 床
５１０７ 窓
５２００ 室内機
５２０１ 筐体
５２０２ 送風口
５２０３ 蓄電装置
５２０４ 室外機
５３００ 電気冷凍冷蔵庫
５３０１ 筐体
５３０２ 冷蔵室用扉
５３０３ 冷凍室用扉
５３０４ 蓄電装置

Claims (26)

1. 一以上の置換基及び２つの脂肪族環を有し、前記置換基が前記２つの脂肪族環の一方又は双方に結合している非対称な構造である４級スピロアンモニウムカチオンと、
   前記４級スピロアンモニウムカチオンに対するアニオンと、を有し、
   常温にて液体であることを特徴とする環状４級アンモニウム塩。
2. 一以上の置換基及び２つの脂肪族環を有し、前記置換基が前記２つの脂肪族環の一方又は双方に結合しており、スピロ原子を通るｎ回（ｎは２以上の整数）回転軸を含まない構造である４級スピロアンモニウムカチオンと、
   前記４級スピロアンモニウムカチオンに対するアニオンと、を有し、
   常温にて液体であることを特徴とする環状４級アンモニウム塩。
3. 一般式（Ｇ１）で表され、前記一般式（Ｇ１）の４級スピロアンモニウムカチオンは非対称な構造を有しており、常温にて液体であることを特徴とする環状４級アンモニウム塩。
   
   （式中、ｎ及びｍは１以上３以下である。Ｘ又はＹは炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表し、前記４級スピロアンモニウムカチオンの異なる炭素にそれぞれ結合する。αは０以上６以下とし、ｎが１の場合、αは０以上４以下であり、ｎが２の場合、αは０以上５以下であり、ｎが３の場合、αは０以上６以下である。βは０以上６以下とし、ｍが１の場合、βは０以上４以下であり、ｍが２の場合、βは０以上５以下であり、ｍが３の場合、βは０以上６以下である。なお、αまたはβが０であるとは、無置換であることを表す。また、αとβが共に０である場合は除くものとする。また、Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。）
4. 一般式（Ｇ１）で表され、前記一般式（Ｇ１）の４級スピロアンモニウムカチオンはスピロ原子を通るｎ回（ｎは２以上の整数）回転軸を含まない構造を有しており、常温にて液体であることを特徴とする環状４級アンモニウム塩。
   
   （式中、ｎ及びｍは１以上３以下である。Ｘ又はＹは炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表し、前記４級スピロアンモニウムカチオンの異なる炭素にそれぞれ結合する。αは０以上６以下とし、ｎが１の場合、αは０以上４以下であり、ｎが２の場合、αは０以上５以下であり、ｎが３の場合、αは０以上６以下である。βは０以上６以下とし、ｍが１の場合、βは０以上４以下であり、ｍが２の場合、βは０以上５以下であり、ｍが３の場合、βは０以上６以下である。なお、αまたはβが０であるとは、無置換であることを表す。また、αとβが共に０である場合は除くものとする。また、Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。）
5. 一般式（Ｇ２）で表され、前記一般式（Ｇ２）の４級スピロアンモニウムカチオンは非対称な構造を有しており、常温にて液体であることを特徴とする環状４級アンモニウム塩。
   
   （式中、Ｒ_１〜Ｒ_８は水素原子、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。）
6. 一般式（Ｇ２）で表され、前記一般式（Ｇ２）の４級スピロアンモニウムカチオンはスピロ原子を通るｎ回（ｎは２以上の整数）回転軸を含まない構造を有しており、常温にて液体であることを特徴とする環状４級アンモニウム塩。
   
   （式中、Ｒ_１〜Ｒ_８は水素原子、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。）
7. 一般式（Ｇ３）で表され、常温にて液体であることを特徴とする環状４級アンモニウム塩。
   
   （式中、Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。）
8. 一般式（Ｇ４）で表され、前記一般式（Ｇ４）の４級スピロアンモニウムカチオンは非対称な構造を有しており、常温にて液体であることを特徴とする環状４級アンモニウム塩。
   
   （式中、Ｒ_１〜Ｒ_９は水素原子、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。）
9. 一般式（Ｇ４）で表され、前記一般式（Ｇ４）の４級スピロアンモニウムカチオンはスピロ原子を通るｎ回（ｎは２以上の整数）回転軸を含まない構造を有しており、常温にて液体であることを特徴とする環状４級アンモニウム塩。
   
   （式中、Ｒ_１〜Ｒ_９は水素原子、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数が１〜４の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。）
10. 一般式（Ｇ９）で表され、常温にて液体であることを特徴とする環状４級アンモニウム塩。
    
    （式中、Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。）
11. 一般式（Ｇ１０）で表され、常温にて液体であることを特徴とする環状４級アンモニウム塩。
    
    （式中、Ａ⁻は１価のアミドアニオン、１価のメチドアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボラート、パーフルオロアルキルボラート、ヘキサフルオロホスファート及びパーフルオロアルキルホスファートのいずれかを表す。）
12. リチウムの酸化還元電位を基準とする還元電位が、０．５Ｖ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一に記載の環状４級アンモニウム塩。
13. ２５℃での導電率が３ｍＳ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一に記載の環状４級アンモニウム塩。
14. 金属塩及び非水溶媒を含む非水電解質であって、
    前記非水溶媒は請求項１乃至請求項１３のいずれか一に記載の環状４級アンモニウム塩であることを特徴とする非水電解質。
15. 金属塩及び非水溶媒を含む非水電解質であって、
    前記金属塩はアルカリ金属塩であり、
    前記非水溶媒は請求項１乃至請求項１３のいずれか一に記載の環状４級アンモニウム塩であることを特徴とする非水電解質。
16. 金属塩及び非水溶媒を含む非水電解質であって、
    前記金属塩はリチウム塩であり、
    前記非水溶媒は請求項１乃至請求項１３のいずれか一に記載の環状４級アンモニウム塩であることを特徴とする非水電解質。
17. 正極、負極、及び非水電解質を有する蓄電装置であって、
    前記非水電解質はアルカリ金属塩及び非水溶媒を含み、
    前記非水溶媒は請求項１乃至請求項１３のいずれか一に記載の環状４級アンモニウム塩であることを特徴とする蓄電装置。
18. 正極、負極、及び非水電解質を有する蓄電装置であって、
    前記非水電解質はリチウム塩及び非水溶媒を含み、
    前記非水溶媒は請求項１乃至請求項１３のいずれか一に記載の環状４級アンモニウム塩であることを特徴とする蓄電装置。
19. 前記環状４級アンモニウム塩の融点以上８５℃以下における前記蓄電装置の初回充放電効率が５０％以上であることを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の蓄電装置。
20. 前記環状４級アンモニウム塩の融点以上６０℃以下における前記蓄電装置の初回充放電効率が５０％以上であり、２００サイクル後の放電維持率が６０％以上であることを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の蓄電装置。
21. ２種以上の溶媒を含む非水溶媒であって、
    前記溶媒のうち、少なくとも一は請求項１乃至請求項１３のいずれか一に記載の環状４級アンモニウム塩であることを特徴とする非水溶媒。
22. 金属塩及び非水溶媒を含む非水電解質であって、
    前記非水溶媒は請求項２１に記載の非水溶媒であることを特徴とする非水電解質。
23. 金属塩及び非水溶媒を含む非水電解質であって、
    前記金属塩はアルカリ金属塩であり、
    前記非水溶媒は請求項２１に記載の非水溶媒であることを特徴とする非水電解質。
24. 金属塩及び非水溶媒を含む非水電解質であって、
    前記金属塩はリチウム塩であり、
    前記非水溶媒は請求項２１に記載の非水溶媒であることを特徴とする非水電解質。
25. 正極、負極、及び非水電解質を有する蓄電装置であって、
    前記非水電解質はアルカリ金属塩及び非水溶媒を含み、
    前記非水溶媒は請求項２１に記載の非水溶媒であることを特徴とする蓄電装置。
26. 正極、負極、及び非水電解質を有する蓄電装置であって、
    前記非水電解質はリチウム塩及び非水溶媒を含み、
    前記非水溶媒は請求項２１に記載の非水溶媒であることを特徴とする蓄電装置。