[發明專利]嗎啉類離子液體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201210486682.2
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN103833676A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 周明杰;劉大喜;袁新生;王要兵
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: C07D295/037
• 分類號: C07D295/037;C07C311/48;C07C303/40;H01G11/62
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

【技術領域】

本發明涉及一種電容器電解液領域，尤其涉及一種嗎啉類離子液體及其制備方法，同時還涉及一種使用該嗎啉類離子液體的電解液及其配制方法和超級電容器。

【背景技術】

超級電容器是一種介于充電電池和電容器之間的新型能源器件，具有體積小、容量大、充電速度快、循環壽命長、放電效率高、工作溫度范圍寬、可靠性好和無污染免維護等優點，是一種新型、高效、實用的能量儲存裝置，因而被廣泛應用于軍事領域、移動通訊裝置、計算機、以及電動汽車的混合電源等。超級電容器所存儲的能量正比于所施加的電壓的平方，因而，提高所施加的電壓可以大幅度增加超級電容器的比能量。然而，采用兩步法制備的離子液體不可避免的都會引入鹵素元素，這些鹵素雜質離子會導致離子液體的穩定性降低，熔點升高和電化學窗口變窄的缺點。

【發明內容】

基于此，有必要提供一種不含鹵素元素的嗎啉類離子液體及其制備方法。

一種嗎啉類離子液體，化學結構式如下：

其中，R為碳原子數為2～6的烷基，Y^-為(CF₃SO₂)₂N^-或(FSO₂)₂N^-。

該嗎啉類離子液體在室溫或接近室溫的條件下完全由離子組成，電導率高、熔點低、電化學窗口寬、不揮發、不可燃、熱穩定性好且不含有鹵素雜質無毒，特別是分解電壓高，高電壓條件下難以分解，從而可以應用在制造高比容量的超級電容器或鋰離子電池領域。

一種嗎啉類離子液體的制備方法，包括如下步驟：

在惰性氣氛保護下，將烷基嗎啉衍生物與甲基化試劑MY按摩爾比1:1~1.2:1添加在有機溶劑中，所述有機溶劑與烷基啉衍生物的質量比為0.8:1~1.4:1，在溫度為60℃~80℃條件下攪拌反應3小時~15小時，然后除去過量的所述烷基嗎啉衍生物和所述有機溶劑，收集無色液體，洗滌后，真空干燥得到嗎啉類離子液體，其中，所述烷基嗎啉衍生物為乙基嗎啉、丙基嗎啉、丁基嗎啉、戊基嗎啉或己基嗎啉，所述甲基化試劑MY為N-甲基-雙(三氟甲磺酰)胺或N-甲基-雙(氟磺酰)胺，其化學結構式如下：

其中，R為碳原子數為2～6的烷基，Y^-為(CF₃SO₂)₂N^-或(FSO₂)₂N^-。

在優選的實施方式中，所述有機溶劑為氯仿、二氯甲烷或四氯化碳。

在優選的實施方式中，步驟除去過量的所述烷基嗎啉衍生物和所述有機溶劑具體為：通過減壓蒸餾的方式除去過量的烷基嗎啉衍生物和所述有機溶劑，所述減壓蒸餾的條件為溫度為120℃～200℃，壓強為0.1Pa～5Pa。

在優選的實施方式中，所述洗滌步驟具體為：將收集的無色液體在乙酸乙酯或甲基叔丁基醚的溶液中反復洗滌。

上述制備過程采用一步法效率高、無污染、有利于嗎啉類離子液體的大規模工業化生產。

同時，還有必要提供一種使用上述不易分解、穩定性較好的離子液體的電解液及其配制方法和超級電容器。

一種電解液，包括嗎啉類離子液體及有機溶劑，

其中，所述嗎啉類離子液體的結構式如下：

R為碳原子數為2～6的烷基，Y^-為(CF₃SO₂)₂N^-或(FSO₂)₂N^-；

嗎啉類離子液體與有機溶劑的質量比范圍為1:5～2:1。

在優選的實施方式中，所述有機溶劑為乙腈、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁內酯和丙酸乙酯中的至少一種。

一種電解液的配制方法，包括如下步驟：

在惰性氣氛保護下，取乙腈、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁內酯和丙酸乙酯中的至少一種作為有機溶劑，按有機溶劑與嗎啉類離子液體的質量比1:5～2:1的比例向所述有機溶劑中加入嗎啉類離子液體，攪拌混合均勻，得到所述電解液，其中，所述嗎啉類離子液體的結構式如下：