[發明專利]吡咯類離子液體及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201210486689.4
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN103833677A
• 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;C07C309/06;C07C303/32;C07C53/18;C07C51/41;H01M10/0566
• 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】

本發明涉及一種鋰離子電池電解液領域，尤其涉及一種吡咯類離子液體及其制備方法，同時還涉及一種使用該吡咯類離子液體的電解液及其配制方法和鋰離子電池。

【背景技術】

鋰離子電池具有容量高、無記憶效應、體積小、重量輕和無污染等優點。同等規格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的三分之二，重量是鉛酸電池的三分之一。因而被廣泛應用于軍事領域、移動通訊裝置、計算機、以及電動汽車等。鋰離子電池的所存儲的能量隨電壓的升高而增大，因而，提高所施加的電壓可以大幅度提高鋰離子電池的比能量。

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等缺點，從而不利于其應用于鋰離子電池的電解液。

【發明內容】

基于此，有必要提供一種不含鹵素元素的吡咯類離子液體及其制備方法。

一種吡咯類離子液體，化學結構式如下：

其中，R為碳原子數為1～4的烷基，Y^-為CF₃SO₃^-或CF₃CO₂^-。

該吡咯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。

一種吡咯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N-甲基吡咯烷與烷基化試劑RY按摩爾比1:1~1.2:1添加在有機溶劑中，所述有機溶劑與所述N-甲基吡咯烷的質量比為0.8:1~1.4:1，在溫度為50℃~90℃條件下攪拌反應5小時~30小時，然后除去過量的所述N-甲基吡咯烷和所述有機溶劑，收集無色液體，洗滌后，真空干燥得到吡咯類離子液體，所述烷基化試劑RY為三氟甲磺酸甲酯、三氟甲磺酸乙酯、三氟甲磺酸丙酯、三氟甲磺酸丁酯、三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸丙酯或三氟乙酸丁酯，其化學結構式如下：

其中，R為碳原子數為1～4的烷基，Y^-為CF₃SO₃^-或CF₃CO₂^-。

在優選的實施方式中，所述有機溶劑為氯仿、四氫呋喃或乙腈。

在優選的實施方式中，步驟除去過量的所述N-甲基吡咯烷和所述有機溶劑具體為：通過減壓蒸餾的方式除去過量的N-甲基吡咯烷和所述有機溶劑，所述減壓蒸餾的條件為溫度為80℃～150℃，壓強為0.1Pa～5Pa。

在優選的實施方式中，所述洗滌步驟具體為：所述真空干燥的步驟具體為，真空干燥的溫度為60℃～100℃，真空度為0.01MPa。

上述制備過程采用一步法效率高、無污染、有利于吡咯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鋰離子電池。

一種電解液，包括吡咯類離子液體、鋰鹽及有機溶劑，

其中，所述吡咯類離子液體的結構式如下：

R為碳原子數為1～4的烷基，Y^-為CF₃SO₃^-或CF₃CO₂^-；

所述鋰鹽與所述有機溶劑的質量比范圍為1:20～1:10;

所述吡咯類離子液體與所述有機溶劑的質量比范圍為1:10～1∶1。

在優選的實施方式中，所述有機溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯的混合溶液，其中，所述碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯與碳酸二甲酯的體積比為1～3:3～6:1。

一種電解液的配制方法，包括如下步驟：