[發明專利]一種對稱螺環季銨鹽電解質的制備方法

有效

• 申請號: 201410594328.0
• 申請日: 2014-10-29
• 公開（公告）號: CN104387386A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 何永剛;鄒凱;熊鯤;施蘇萍;聞立新;郭軍;關士友;李建中
• 申請（專利權）人: 江蘇國泰超威新材料有限公司
• 主分類號: C07D471/10
• 分類號: C07D471/10;C07D487/10;H01G11/62
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛;汪青

技術領域

本發明屬于化學合成領域，具體涉及一種對稱螺環季銨鹽電解質的制備方法。

背景技術

由于電化學儲能器件特別是超級電容器具有優良的脈沖充放電性能以及傳統物理電容所不具有的大容量儲能性能，在高能脈沖激光器中的應用已經引起了人們的廣泛注意。同時，因其存儲能量大，質量輕，可多次充放電而被人們用作計算機系統和無線通訊設備的備用電源。隨著環保型電動汽車研究的興起，電化學電容與鉛酸電池及其他電池配合使用組成復合電池，應用于電動汽車的電源啟動系統，在車輛的起步、加速、制動過程中起到保護蓄電池和節能的作用，或者直接作為電動車的電源；也可以為內燃機以及其他重型汽車發動機的啟動系統提供瞬間的大電流。由于電化學電容具有以上的優點和廣泛的應用，自60年代以來就開始了對使用各種使用活性炭作為電極材料的雙電層電化學電容的廣泛研究。目前，商業上廣泛使用的超級電容器是以TEA(四乙基銨四氟硼酸鹽)和TEMA(三乙基甲銨四氟硼酸鹽)為電解質鹽的有機電解液，但在苛刻的條件下、且需要在大電流下使用的領域，存在電導率低、容量低、低溫性能差、能量密度低等缺點，因此開發高電導、大容量，高低溫性能優異的電解質鹽成為超級電容器向大規模儲能器件發展的突破口。

為了改善其低溫性能、電導率以及容量，已知有使用螺環季銨鹽作為一類新的電解質，用于電解液中，在專利文獻(CN201010594705、CN201210475201、CN200680040555、US6469888)中描述了環狀胺與二鹵代烴進行親核取代反應，先合成相應的鹵代鹽或二醇雙磺酸酯，再通過離子交換制備螺環季銨鹽的合成。該方法合成工藝長，離子交換過程中使用強酸有一定安全隱患，提純過程常常需要在有機溶劑中進行重結晶，能耗較高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種合成成本低的對稱螺環季銨鹽電解質的制備方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種對稱螺環季銨鹽電解質的制備方法，以水作為反應介質，將銨鹽和二鹵代烷在縛酸劑的作用下進行常壓回流反應10～20h，生成對稱螺環季銨鹽反應液，將所述的對稱螺環季銨鹽反應液濃縮至對稱螺環季銨鹽的質量為所述的對稱螺環季銨鹽反應液質量的15％～25％，然后過濾得到對稱螺環季銨鹽水溶液，將所述的對稱螺環季銨鹽水溶液進行提純得到所述的對稱螺環季銨鹽電解質；

其中，所述的銨鹽為四氟硼酸銨、三氟甲磺酸銨、二氟草酸硼酸銨中的任一種；

所述的二鹵代烷為1，4-二氯丁烷、1，5-二氯戊烷、1，4-二溴丁烷、1，5-二溴戊烷中任一種；

所述的銨鹽、所述的二鹵代烷、所述的縛酸劑的投料摩爾比為1:2～2.2:2～2.3；

在反應起始時，所述的銨鹽的濃度小于等于0.5mol/l。

優選地，所述的縛酸劑為碳酸鉀或碳酸鈉。

優選地，所述的銨鹽、所述的二鹵代烷、所述的縛酸劑的投料摩爾比為1:2～2.06:2.05～2.15。

優選地，在反應起始時，所述的銨鹽的濃度為0.4～0.5mol/l。

優選地，所述的提純的具體步驟為：將所述的對稱螺環季銨鹽水溶液濃縮至所述的對稱螺環季銨鹽的質量為所述的對稱螺環季銨鹽水溶液質量的70％～80％，然后加入有機溶劑進行結晶，過濾、真空干燥得到所述的對稱螺環季銨鹽電解質。

進一步優選地，所述的有機溶劑為乙醇、異丙醇、正丁醇中的任一種。

進一步優選地，所述的結晶在-15℃～0℃下進行。

進一步優選地，進行所述的結晶的時間為8～12h。

進一步優選地，進行所述的真空干燥的時間為20～30h。

優選地，所述的水為去離子水

所述的對稱螺環季銨鹽的結構式為：其中n＝1或2；Y^-為SO₃CF₃^-，BF₄^-，(C₂O₄)BF₂^-中任意一種。

由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：

本發明的原料價格便宜，整個制備工藝安全性高，合成反應的選擇性好，產品收率高，純度高，適合工業化生產。

附圖說明

附圖1為四氟硼酸螺1，1’-雙吡咯季銨鹽的核磁共振氫譜圖；

附圖2為實施例1的反應方程式。

具體實施方式

下面將結合具體實施例對本發明作詳細說明：