Способ производства электрической энергии, устройство для его осуществления и соединение

Способ производства электрической энергии, устройство для его осуществления и соединение

Реферат

 

Изобретение относится к способу производства электрической энергии, к устройству для осуществления способа, к соединению, имеющему N-F-связь и производящему электрическую энергию, и к батарее, использующей соединение, обеспечивает решение задачи производства электрической энергии путем использования материалов в качестве активного материала для батареи, электролита и т.п., которые удобны в обращении и являются приемлемыми с точки зрения охраны окружающей среды. Техническим результатом изобретения является создание нового способа, простого в реализации. 5 с. и 15 з.п.ф-лы, 5 ил., 10 табл.

Представленное изобретение относится к способу для производства электрической энергии, к устройству для осуществления этого способа, к соединению, имеющему N-F связь, для производства электрической энергии и к батарее, использующей соединение, и, в частности, относится к способу для производства электрической энергии с использованием активного материала для батареи, такого как электролита, или подобных, которые удобны в обращении и приемлемы с точки зрения соблюдения требований охраны окружающей среды.

Известны типовые обычные устройства, основанные на генерации электрической энергии, такие как батареи, а также различные соединения, используемые в качестве электролита и активного материала для положительных электродов.

На основе батарей создаются электрические источники энергии, использующиеся в национальных средствах жизнеобеспечения, а также источники энергии для сложных приборов. Различные виды батарей исследуются и разрабатываются в зависимости от требуемых характеристик.

Батареи обычно исключают активные материалы для положительных электродов, электролиты и активные материалы для отрицательных электродов и обычно изготавливаются с использованием комбинации различных материалов для удовлетворения различных требований к компактности, необходимым размерам и увеличению срока службы, к обеспечению высокой мощности, высокой электродвижущей силы, широкого диапазона рабочих температур, безопасности и приемлемости для окружающей среды. Например, первичные литиевые элементы, известный первичный элемент закрытого типа имеют хорошие характеристики, в частности, высокую плотность энергии, низкую скорость саморазрядки, широкий диапазон рабочих температур, надежную изоляцию или др. Примерами таких батарей являются фторид-углерод литиевые батареи, использующие органический электролитный раствор и фториды углерода в качестве активных материалов для положительных электродов; батареи на двуокиси марганца/лития, использующие диоксиды марганца в качестве активных материалов для положительных электродов, а также батареи на окиси меди/лития, использующие оксиды меди в качестве активных материалов для положительных электродов. Особенностями соответствующих батарей являются высокая электродвижущая сила и длительный срок хранения для фторид углерода/литиевых батарей; высокая электродвижущая сила и экономичность для диоксид марганца/литиевых батарей; взаимозаменяемость с обычными батареями (на 1,5 В) для оксида меди/литиевых батарей.

Также известен первичный литиевый элемент в виде тионил хлорид/литиевой батареи, имеющей особенно высокую электродвижущую силу и плотность энергии. Тионил хлорид, который находится в этой батарее в форме жидкости при комнатной температуре, используют как активный материал для положительных электродов и как электролит. Однако из-за того, что тионил хлорид ядовит, использование его для обычных потребителей ограничено, и поэтому такие батареи имеют худшие характеристики с точки зрения широкой применимости.

Поскольку вышеупомянутые первичные литиевые батареи используют жидкости в качестве электролитов, в них всегда имеется опасность утечки и проблемы, связанные с разложением, с выделением газа, причем максимальная температура употребления ограничена температурой кипения электролитного раствора. Поэтому было предложено использовать твердый материал для электролитов. Например, разработана литиевая батарея, использующая литий йодид в качестве твердого электролита и йод/поли(2-винилпиридин) в качестве активного материала для положительного электрода (JP-A-81919/1978). Однако, так как из йода (I₂) и поли(2-винилпиридина) не может быть получено стабильное соединение, йод/поли(2-винилпиридин) может давать ядовитые испарения йода, обладающие коррозионными свойствами. Поэтому, когда такая батарея используется в виде встроенной в прецизионное механическое оборудование и медицинские приборы, требуется надежная изоляция. Как упомянуто выше, обычные батареи обуславливают проблемы, связанные с утечкой, токсичностью и коррозионностойкостью материалов батареи, и такие недостатки затрудняют обращение с ними, а наличие тяжелых металлов является неприемлемым с точки зрения охраны окружающей среды.

Задачей изобретения является создание нового способа для производства электрической энергии, простого в реализации и применимого с учетом требований охраны окружающей среды, а также реализующего этот способ устройства и соединения, имеющего N-F связь, обеспечивающих выработку электрической энергии высокой электродвижущей силой требуемым напряжением.

В соответствии с изобретением способ производства электрической энергии состоит в том, что упомянутая энергия вырабатывается путем электрохимической реакции между соединением, имеющем N-F связь, и соединением, дающим свободный электрон упомянутому соединению.

Фиг. 1 - схематическое представление батареи, поясняющее измерение потенциала окисления, которая была использована в примере 1.

Фиг.2 - схематическое представление способа измерения для полностью твердотельной батареи в соответствии с изобретением, которая была изготовлена в примерах 7-16.

Фиг.3 - график, иллюстрирующий измерение во времени электродвижущей силы твердотельной батареи, соответствующей изобретению, которая была изготовлена в примере 8.

Фиг.4 - общий вид батареи, изготовленной в примере 18-170 и 190-205.

Фиг.5 - общий вид батареи, изготовленной в примерах 171-188.

В качестве соединений, имеющих N-F связь, используемых в изобретении, могут быть использованы соединения, например N-фторпиридиний, N-фторсульфонамид, N-фторхинуклидиний, N-фтор-1,4-диазониабицикло[2,2,2]октан, N-фтордисульфонимид, N-фторамид, N-фторкарбамат и N-фторпиридон.

Многие из вышеупомянутых соединений, имеющих N-F связь, являются устойчивыми твердыми продуктами в широком диапазоне температур, в частности, даже при высокой температуре. Например, температура плавления N-фторпиридинийтрифторметансульфоната составляет от 185^o до 187^oC, температура разложения N-фторпиридинийгексафторантимоната составляет 293^oC, температура разложения N-фторпиридиний-2-сульфоната составляет от 232^o до 235^oC, температура разложения поли(2-винил-N-фторпиридинийтетрафторбората) составляет 240^oC, температура плавления N-фторпиридинийтрихлорметансульфоната составляет от 205,5^oC до 207^oC, температура плавления N-фторпиридинийтетрафторбората составляет от 196,8^oC до 198^oC, температура разложения N-фторпиридинийгексафторфосфата составляет 202^oC, температура разложения N-фторпиридинийгексафторарсената составляет 230^oC, температура плавления N-фторпиридинийперхлората составляет от 225^oC до 227,5^oC, температура плавления N-фтор-2,4,6-триметилпиридинийтрифторметансульфоната составляет от 168^oC до 170^oC, температура плавления N-фтор-2,4,6-триметилпиридинийфторсульфата составляет от 162^oC до 164^oC, температура плавления N-фтор-2,4,6-триметилпиридинийтетрафторбората составляет от 215^oC до 217^oC, температура плавления N-фтор-2,4,6-три-t-бутилпиридинийтрифторметансульфоната составляет от 238^oC до 239^oC, температура плавления N-фтор-2,6-ди-t-бутил-4-метилпиридинийтрифторметансульфоната составляет от 158^oC до 159^oC, температура плавления N-фтор-1,2,3,4,5,6,7,8-октагидроакридинийтрифторметансульфоната составляет от 150^oC до 152^oC, температура плавления N-фтор-2-фторметил-4,6-ди-метилпиридинийтрифторметансульфоната составляет от 160^oC до 162^oC, температура плавления N-фтор-2-хлорпиридинийтрифторметансульфоната составляет от 149^oC до 151^oC, температура плавления N-фтор-3,5-дихлорпиридинийтетрафторбората составляет от 208^oC до 209^oC, температура плавления N-фторпентахлорпиридинийтетрафторбората составляет от 198^oC до 200^oC, температура плавления N-фтор-3,5-бис(трифторметил)пиридинийтрифторметансульфоната составляет от 193^oC до 195^oC, температура плавления N-фтор-2-ацетилпиридинийтрифторметансульфоната составляет от 151^oC от 152^oC, температура разложения N-фтор-5-(трифторметил)пиридиний-2-сульфоната составляет от 190^oC до 220^oC, температура плавления N-фтор-6-хлорпиридиний-2-сульфоната составляет от 171^oC до 173^oC, температура разложения N-фторхинуклидинийтрифторметансульфоната составляет от 266^oC до 268^oC, температура плавления N-фторхинуклидинийгептафторбутилата составляет от 142^oC до 144^oC, температура разложения N-фтор-N'-метил-1,4-диизониабицикло[2,2,2]октанди(трифторметансульфоната) составляет от 220^oC до 221^oC, температура плавления N-фтор-N'-хлорметил-1,4-диазониабицикло-[2,2,2] октаниди(тетрафторбората) составляет 170^oC, температура плавления N-фтор-о-бензолсульфонимида составляет от 139^o до 140^oC, температура плавления N-фторбензолсульфонимида составляет от 114^oС до 116^oC, температура плавления N-фтор-3,3-диметил-2,3-дигидро-1,2-бензотиазол-1,1-диоксида составляет от 114^oС до 116^oC, температура плавления (-)-N-фтор-2,10-камфорсультама составляет от 112^oС до 114^oC, температура плавления (+)-N-фтор-2-эндометил-2,10-камфорсультама составляет от 151^oС до 154^oC, и температура плавления N-фтор-3,4,5,6-тетрахлор-2-пиридона составляет от 102^oС до 104^oC. То есть поскольку соединения устойчивы при нормальной температуре, обращение с ними как при производстве, так и при использовании не вызывает затруднений, а поскольку в их составе нет никаких тяжелых металлов, то требования, предъявляемые охраной окружающей среды, выполняются в полной мере. Когда такие соединения используются в качестве электролита, они представляют собой превосходный твердый электролит, а поскольку такое соединения является также активным материалом для положительного электрода, то оно может функционировать и как активный материал для положительного электрода, и как электролит. Когда соединение используется как материал для батареи, то может быть создан первичный элемент, имеющий малые габариты и простую конструкцию, структура которой свободна от утечек жидкости и газа. Это обеспечивается просто размещением положительного и отрицательного электродов, имеющих активные вещества, обращенными один к другому, без присутствия жидкого электролита и сепаратора между ними.

Кроме того, электродвижущая сила может быть изменена путем выбора различных соединений, имеющих N-F-связь, что обеспечивает возможность создания батарей для различных применений, при более простой взаимозаменяемости с обычными батареями. Многие соединения, имеющие N-F-связь, известны как фторирующие агенты (JP-B-33707/1990, JP-A-295610-1988, JP-A-99062-1991, Bull. Chem. Soc. Jpn. 64, 1081 (1991), Z. Chem. 5,64 (1965), EP-A-470669, Реферат 17-го Национального семинара по химии фтора (Осака, 1992) страницы 129-130, J. Fluorine Chem. 54, 207 (1991), EP-A-526849, JP-A-504124/1992, J.Fluorine Chem. 55, 207 (1991), J. Cnem. Soc., Chem. Commun, 1992, 595, J.Org, Chem, 58, 2791 (1993), J.Am. Chem. Soc., 106, 452 (1984), J.Am. Chem. Soc., 108, 2445 (1986), J. Fluorine Chem., 46, 297 (1990), Tetrahedron Lett, 32, 1779 (1991), Tetrahedron Lett. , 29, 6087 (1988), J. Am. Chem. Soc., 109, 7194 (1987), JP-A-26264/1987, Synlett, 1991, 187, Tetrahedron Lett, 32, 1631 (1991), Tetrahedron, 47, 7447 (1991), Tetrahedron, 48, 1595 (1992), J. Org. Chem. , 34, 2840 (1969), J. Org. Chem., 35, 1545 (1970), J. Fluorine Chem., 52, 389 (1991), J. Fluorine Chem., 34, 281 (1986).

Обнаружено, что соединения, имеющие N-F-связь, пригодные для использования в качестве фторирующих агентов, предпочтительны для использования в качестве материалов для производства электрической энергии, что предусмотрено настоящим изобретением.

Среди соединений, имеющих N-F-связь согласно изобретению, которые являются эффективными компонентами материалов для производства электрической энергии те, что являются особенно предпочтительными, как N-фтор-пиридиниевые соединения, представлены следующими формулами (I) и (II): где R¹ - R¹⁰ являются одинаковыми или различными, и любой из них является атомом водорода, атомом галогена, нитро-, гидроксильной, циано- или карбамильной группой, алкильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкильной группой указанной выше алкильной группы, замещенной с помощью атома галогена, гидроксилом, алкоксигруппой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода, арилоксигруппой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода, ацильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода, ацилоксигруппой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода или арильной группой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода; алкенильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкенильной группой вышеупомянутой алкенильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода; алкинильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкильной группой вышеупомянутой алкинильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода; арильной группой, имеющей от 6 до 15 атомов углерода или замещенной группой вышеупомянутой арильной группы, замещенной с помощью атома галогена или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода; ацильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной ацильной группой вышеупомянутой ацильной группы, замещенной с помощью атома галогена; алкоксикарбонильной группой, имеющей от 2 до 15 атомов углерода или замещенной алкоксикарбонильной группой вышеупомянутой алкоксикарбонильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода; арилоксикарбонильной группой, имеющей от 7 до 15 атомов углерода или замещенной арилоксикарбонильной группой вышеупомянутой арилоксикарбонильной группы, замещенной с помощью атома галогена или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода; алкилсульфинильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкилсульфинильной группой вышеупомянутой алкилсульфинильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода; арилсульфинильной группой, имеющей от 6 до 15 атомов углерода или замещенной арилсульфинильной группой вышеупомянутой арилсульфинильной группы, замещенной с помощью атома галогена или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода; алкилсульфонильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкилсульфонильной группой вышеупомянутой алкилсульфонильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода; арилсульфонильной группой, имеющей от 6 до 15 атомов углерода или замещенной арилсульфонильной группой вышеупомянутой арилсульфонильной группы, замещенной с помощью атома галогена или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода; алкоксигруппой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкоксигруппой вышеупомянутой алкоксигруппы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода; арилоксигруппой, имеющей от 6 до 15 атомов углерода или замещенной арилоксигруппой вышеупомянутой арилоксигруппы, замещенной с помощью атома галогена или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода; ацилоксигруппой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной ацилоксигруппой вышеупомянутой ацилоксигруппы, замещенной с помощью атома галогена; ацетилтиогруппой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной ацилтиогруппой вышеупомянутой ацилтиогруппы, замещенной с помощью атома галогена; алкансульфонилоксигруппой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкансульфонилоксигруппой вышеупомянутой алкансульфонилоксигруппы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода; аренсульфонилоксигруппой, имеющей от 6 до 15 атомов углерода или замещенной аренсульфонилоксигруппой вышеупомянутой аренсульфонилоксигруппы, замещенной с помощью атома галогена или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода; карбомильной группой, замещенной алкильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода или замещенной карбомильной группой вышеупомянутой алкилзамещенной карбомильной группы, замещенной с помощью арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода; карбомильной группой, замещенной арильной группой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода или замещенной карбомильной группой вышеупомянутой арилзамещенной карбомильной группы, замещенной с помощью алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода; аминогруппой, замещенной ацильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода или замещенной аминогруппой вышеупомянутой ацилзамещенной аминогруппы, замещенной с помощью галоидной группы; группой N-фторпиридиниевой соли или замещенной группой N-фторпиридиниевой соли вышеупомянутой группы N-пиридиниевой соли, замещенной с помощью атома галогена, арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода; группой N-алкилпиридиниевой соли, имеющей от 6 до 15 атомов углерода или замещенной N-алкилпиридиниевой группой вышеупомянутой группы N-алкилпиридиниевой соли, замещенной с помощью атома галогена, арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода; группой N-арилпиридиниевой соли, имеющей от 11 до 15 атомов углерода или замещенной N-арилпиридиниевой группой вышеупомянутой группы N-арилпиридиниевой соли, замещенной с помощью атома галогена, арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода или алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода; или цепью органического полимера, и R¹-R¹⁰ могут образовывать в различных комбинациях кольцевую структуру с или с без гетероатома. Один от R⁶-R¹⁰ является -RSO₃-(R является одинарной связью или алкиленовой группой, имеющей от 1 до 5 углерода), и X^- является сопряженным основанием Broensted - кислоты.

В качестве Broensted-кислот для получения X^- могут быть использованы, например, сульфоновые кислоты, также как метансульфоновая кислота, бутансульфоновая кислота, бензолсульфоновая кислота, толуолсульфоновая кислоты, нитробензолсульфоновая кислота, динитробензолсульфоновая кислота, тринитробензолсульфоновая кислота, трифторметансульфоновая кислота, перфторбутансульфоновая кислота, перфтороктансульфоновая кислота, перфтор-(2-этоксиэтан)сульфоновая кислота, перфтор(4-этилциклогексан)сульфоновая кислота, трихлорметансульфоновая кислота, дифторметансульфоновая кислота, трифторэтансульфоновая кислота, фторсульфоновая кислота, хлорсульфоновая кислота, камфорсульфоновая кислота, бромкамфорсульфоновая кислота, ( ⁴ холестен-3-он-6-сульфоновая кислота, 1-гидрокси-р-метан-2-сульфоновая кислота, р-стиролсульфоновая кислота, ( - стиролсульфоновая кислота, винилсульфоновая кислота и перфтор-3,6-диокса-4-метил-7- октенсульфоновая кислота; полисульфоновая кислота, такие как поли(винилсульфоновая кислота), поли(р-стиролсульфоновая кислота), поли(2-акриламид-2-метил-1-пропансульфоновая кислота) и их сополимер со стиролом и поли(перфтор-3,6-диокса-4-метил-7-октенсульфоновая кислота) и ее сополимер с тетрафторэтиленом; неорганические кислоты, такие как серная кислота, фосфорная кислота и азотная кислота; галоидозамещенные кислоты, такие как фтористый водород, фтористоводородная кислота, хлористый водород, хлористоводородная кислота, бромистый водород, водородная кислота, йодистый водород, иодистоводородная кислота, хлорная кислота, бромная кислота, водная кислота, хлорноватая кислота, бромноватая кислота, моноалкил сульфаты, такие как монометил сульфат, и моноэтил сульфат; карбоновые кислоты, такие как уксусная кислота, муравьиная кислота, трихлоруксусная кислота, трифторуксусная кислота, пентафторпропионовая кислота, дихлоруксусная кислота и акриловая кислота; поликарбоновые кислоты, такие как поли(акриловая кислота), поли(перфтор-3,6-диокса-4-метил-7-октеновая кислота) и их сополимеры с тетрафторэтиленом; соединения кислот Льюиса, такие как HBF₄, HPF₆, HSbF₆, HSbF₆, HAsF₆ и HBCl₃F с гидрогалоидами; арилзамещенные соединения бора, такие как HBPhu, Кислотные соединения амидов, такие как (FSO₂)₂NH, (PhSO₂)₂NH, (CF₃SO₂)₂NH, (C₄F₉SO₂)₂NH, CF₃SO₂NHSO₂C₆F₁₃ Соединения угольной кислоты, такие как (FSO₂)₃CH, (CF₃SO₂)₃CH, (PhOSO₂)₃CH, (CF₃SO₂)₂CH₂, (CF₂SO₂)₃CH, (C₄F₉SO₂)₃CH и (C₈F₁₇SO₂)₃CH. В качестве соединений формулы (I) среди вышеупомянутых N-фторпиридиниевых соединений, например, те, что представлены в таблице 1, являются предпочтительными, но соединения формулы (I) не ограничиваются ими В таблице 1 n является целым числом от 10 до 100000, m является целым числом от 10 до 10000, а p и g, каждый, являются положительными целыми числами 1<р + g1000.

В качестве соединений формулы (II) среди вышеупомянутых N-фторпиридиниевых соединений, например, те, что представлены в таблице 2, являются предпочтительными, но соединения формулы (II) не ограничиваются ими.

Формула (II) В качестве N-фторпиридиниевых соединений также могут быть, например, N-фторпиридинийпиридингептафтордиборат, имеющий следующую формулу: или Среди соединений, имеющих N-F связь, особенно предпочтительными являются такие, как N-фторсульфонамидные соединения, представленные следующей формулой (III): (где R^a и R^b являются одинаковыми или различными, и каждый является алкильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкильной группой указанной выше алкильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группы, имеющей от 6 до 10 атомов углерода, арильной группы, имеющей от C₆ до C₁₅ атомов углерода или замещенной арильной группой указанной выше арильной группы, замещенной с помощью атома галогена, нитро-, циано-, ацильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода или алкильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода, или пиридильной группой, или замещенной пиридильной группой указанной выше пиридильной группы, замещенной с помощью атома галогена.

R^a и R^b могут образовывать кольцевую структуру с или без гетероатома, и R^b может быть атомом водорода).

Например, существуют Среди соединений, имеющих N-F связь, особенно предпочтительными являются такие, как N-фторхинуклидиниевые соединения, представленные следующей формулой (IV): (X является сопряженным основанием кислоты Broensted, упомянутой выше).

Например, существуют Среди соединений, имеющих N-F связь, особенно предпочтительными являются такие, как N-фтор-1,4-диазониабицикло[2,2,2] октановые соединения, представленные следующей формулой (V): (R^c является алкильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкильной группой указанной выше алкильной группы, замещенной с помощью атома галогена, нитро, циано, ацильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода, алкоксигруппой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода, алкоксикарбонильной группой, имеющей от 2 до 5 атомов углерода или арильной группой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода, и X и X' являются одинаковыми или различными, и каждый является сопряженным основанием кислоты Broensted упомянутый выше). Например, существуют и Среди соединений, имеющих N-F связь, особенно предпочтительными являются такие, как N-фтордисульфонимидные соединения, представленные следующей формулой (VI): (где R^d и R^e являются одинаковыми или различными, и каждый является алкильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкильной группой указанной выше алкильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группой, имеющей от 6 до 16 атомов углерода, или арильной группой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода или замещенной арильной группой указанной выше арильной группы, замещенной с помощью атома галогена, нитро, циано, ацильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода или алкильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода, R^d и R^e могут образовывать кольцевую структуру с или без гетероатома или объединены так, чтобы быть ароматической кольцевой структурой, имеющую от 6 до 10 атомов углерода или сформированы так, что атом галогена, нитро, циано, ациальная группа, имеющая от 1 до 5 атомов углерода, или алкильная группа, имеющая от 1 до 5 атомов углерода замещают вышеуказанную ароматическую кольцевую структуру). Например, существуют Среди соединений, имеющих N-F связь, особенно предпочтительными являются такие, как N-фторамидные соединения, представленные следующей формулой (VII): (где R^f и R^g являются одинаковыми или различными, и каждый является атомом водорода, атомом галогена, аминогруппой или замещенной аминогруппой вышеуказанной аминогруппы, замещенной с помощью алкильной группы, имеющей от 1 до 5 атомов углерода, алкильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода, или замещенной алкильной группой указанной выше алкильной группы, замещенной с помощью атома галогена или арильной группой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода, или арильной группой, имеющей от 6 до 15 атомов углерода или замещенной арильной группой указанной выше арильной группы, замещенной с помощью атома галогена, нитро, циано, ацильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода или алкильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода, R^f и R^g могут образовывать кольцевую структуру с или без гетероатома). Например, существуют CH₃NFCHO, C₂H₅NFCHO, CH₃CONFCH₃, C₂H₅NHCONF₂, H₂NCONF₂, Среди соединений, имеющих N-F связь, особенно предпочтительными являются такие, как N-фторкарбаматные соединения, представленные следующей формулой (VIII): (где R^h и Rⁱ являются одинаковыми или различными, и каждый является алкильной группой, имеющей от 1 до 15 атомов углерода или замещенной алкильной группой указанной выше алкильной группы, замещенной с помощью атома галогена, или арильной группой, имеющей от 6 до 16 атомов углерода, или арильной группой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода или замещенной арильной группой указанной выше арильной группы, замещенной с помощью атома галогена, нитро, циано, ацильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода или алкильной группой, имеющей от 1 до 5 атомов углерода. Rⁱ может быть атомом водорода, и R^h и Rⁱ могут образовывать кольцевую структуру с или без гетероатома. Или R^h и Rⁱ соединены так, чтобы быть ароматической кольцевой структурой, имеющей от 6 до 10 атомов углерода или сформированной так, что атом галогена, нитро, циано, ацильная группа, имеющая от 1 до 5 атомов углерода, или алкильная группа, имеющая от 1 до 5 атомов углерода, замещает вышеуказанную ароматическую кольцевую структуру). Например, существуют CH₃OCONFH, C₂H₅OCONFH, CH₃OCONFCH₃, и Среди соединений, имеющих N-F связь, особенно предпочтительными являются такие, как N-фторпиридоновые соединения, представленные следующей формулой (IX): (где группы R^j-R^m являются теми же самыми, что и группы, определенные как R¹-R⁵ в формуле (I). Например, существуют Также в качестве соединений, имеющих N-F связь, могут быть использованы и Материалы для производства электрической энергии согласно изобретению могут быть использованы в форме порошка или пленки.

Материалы для выработки электрической энергии, предусмотренные изобретением, пригодны к использованию преимущественно как активные материалы для положительных электродов батарей и/или электроплиты, как рассмотрено выше. При использовании в качестве активных материалов для положительных электродов соединения, имеющие вышеупомянутую N-F-связь, обеспечивают различные электродвижущие силы из-за разнообразия молекулярных весов и структур. Как правило, электродвижущая сила связана с дефицитом электрона в N-F-связи или с электрическими характеристиками заместителя, подлежащего связыванию с атомом азота или N-F-группы, особенно акцепторными и донорными характеристиками по отношению к электрону. Если соединение, имеющее N-F-связь, является соединением N-фторпиридинин, электродвижущая сила зависит от электрических характеристик заместителей на пиридиновом кольце и количества заместителей. Поэтому можно получить необходимую электродвижущую силу путем выбора вида, комбинации и количества заместителей. Если материалы в соответствии с изобретением используются в качестве активных материалов для положительных электродов вместе с различными материалами для отрицательных электродов, то может быть получена электродвижущая сила в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 4,5 В. В случае соединения N-фторпиридиния, когда требуется электродвижущая сила, превышающая 3 В, пиридиновое кольцо может иметь заместители из акцепторных групп. В качестве предпочтительных акцепторных групп имеются, например, атом галогена, такой как атом фтора, атом хлора или атом брома, нитро, тригалометильная группа, циано, ацильная группа и алкоксикарбонильная группа. Если требуется электродвижущая сила, обеспечивающая взаимозаменяемость с 1,5 В и 2 В батареями, пиридиновое кольцо может иметь заместители, например, из донорных групп. Как предпочтительная донорная группа имеется, например, алкильная группа, такая как метильная или этильная; алкоксигруппа, такая как метокси или этокси; арилоксигруппа, такая как фенокси или толилокси и подобные.

Многие из соединений, имеющих N-F-связь, согласно изобретению имеют температуру плавления не меньше, чем приблизительно 100^oC, как отмечалось выше, и поэтому могут использоваться в качестве активных материалов для положительных электродов и/или твердых электролитов, которые могут использоваться при высокой температуре. При использовании в качестве активных материалов для положительных электродов соединения реагируют с литием, цинком и магнием, используемыми в качестве материалов отрицательных электродов, и образуется на границе между ними защитная пленка, содержащая фториды металлов.

При наличии такой пленки батареи могут стабильно храниться в течение длительного периода времени без короткого замыкания и также почти без какой-либо саморазведки. Сепаратор не является необходимым. Кроме того, когда происходит электрохимическая реакция соединений, предусмотренных изобретением, с активными материалами (металл) отрицательных электродов, ионы металлов диффундируют в соединения, соответствующие изобретению, формируя соединение металла, имеющее ионную проводимость. Таким образом, даже если вышеупомянутая реакция происходит почти полностью, ионная проводимость может поддерживаться. При использовании в качестве твердых электролитов предпочтительными являются соединения, имеющие низкое внутреннее сопротивление. Другими словами, в качестве соединений, дающих высокую ионную проводимость, для X^- части структуры соли особенно предпочтительными являются, например, трифторметансульфонат, тетрафторборат, гексафторантимонат, гексафторарсенат, тетракис[бис(трифторметил)фенил] боратперхлорат и гексафторфосфат.

Ниже поясняется предпочтительная структура батареи, использующей соединение, имеющее N-F-связь согласно изобретению, хотя изобретение не ограничено таким использованием.

(1) Соединения, имеющие N-F-связь согласно изобретению, используются только в качестве активных материалов для положительных электродов для батареи, использующей электролитный раствор.

Приготовление положительного электрода В случае, когда соединения, имеющие N-F-связь согласно изобретению, имеют порошкообразную форму, им придают желательную форму путем прессования или подобным способом или, если необходимо, смешивают, например, со связующим и электропроводным веществом и им придают желательную форму вместе с коллектором тока путем прессования. В качестве связующего предпочтительно используются, например, обычные связующие типа поли(тетрафторэтиленового)порошка, карбоксиметилцеллюлозы и поливинилового спирта, в качестве электропроводного вещества предпочтительно используются, например, порошок никеля, тонкое металлическое волокно и углерод, такой как графит и ацетиленовая сажа, в качестве коллектора тока предпочтительно используют графит, сетку, штампованный металл (вспененные металлы), сеть из металлических волокон и т.п. из платины, золота, никеля, нержавеющей стали, железа, меди и т.п.

Когда соединения, имеющие N-F-связь, являются формуемыми в пленкоподобный материал, подобно случаю содержания полимера, имеющего высокий молекулярный вес, или, когда соединения становятся формуемыми в пленкоподобный материал вместе с пленкоформирующим веществом, они преобразуются в пленку сами по себе или, если необходимо, будучи смешаны со связующим и с электропроводным веществом или с добавками, упоминаемыми в дальнейшем для получения пленкоподобного материала, из которого затем изготавливают положительный электрод при использовании в комбинации с коллектором тока. В качестве пленкоформирующего вещества предпочтительными являются, например, полимерные материалы типа полиэтиленоксид, полиэтилен, политетрафторэтилен, поливинлацетат, полиакрилнитрил и полиметилакрилат или желатин.

Также соединения могут использоваться в форме смеси с другими известными активными материалами для положительных электродов.

Электролит В качестве электролита может использоваться любой обычный электролит, независимо от того, жидкий он или твердый. В качестве предпочтительного жидкого электролита могут быть использованы, например, этилен карбонат, пропилен карбонат, сульфолан, - бутиролактон, 1,3-диоксолан, 2-метилтетрагидрофуран, диэтилэфир, тетрагидрофуран, диметоксиэтан и ацетонитрил, в которых растворяют литий перхлорат, тетрабутиламмоний перхлорат, литий трифторметансульфонат, литий тетрафторборат, литий гексафторфантимонат, литий гексафторарсенат, литий гексафторфосфат, литий тетрахлоралюминий, цинк хлорид, цинк фторид, магний хлорид, магний фторид, аммоний фторид, аммоний хлорид, натрий перхлорат или им подобные, и такими твердыми электролитами являют