[發明專利]一種高純度超級電容器電解質季銨鹽的制備方法

在審

• 申請號: 201711295660.7
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN108329216A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 林富榮;周海軍
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C07C211/63
• 分類號: C07C211/63;C07C209/00;C07D295/037;C07D233/58;H01G11/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種高純度超級電容器電解質季銨鹽的制備方法，其制備步驟包括：(1)胺與硅酸烷基酯在有機溶劑中季銨化反應生成硅酸類季銨鹽；(2)硅酸類季銨鹽與酸反應生成季銨鹽，反應液濾掉固體后，脫水脫溶劑得固體產品；(3)步驟(2)得到的固體產品重結晶得高純季銨鹽。該法制備季銨鹽電解質，沒有鹵化物參與，純度高。由此季銨鹽配成的超級電容器電解質，鹵素離子含量低，其電化學性能較好。

技術領域

本發明涉及一種高純度超級電容器電解質季銨鹽的制備方法，具體來說是 一種胺與硅酸烷基酯反應后，再與酸反應制備季銨鹽的制備方法。

背景技術

超級電容器，又叫做雙層電容器(Ectrochemical Double-Layer Capacitors,EDLCs)，比傳統靜電電容器有更高的能量密度，比二次電池有更大的功率密度， 是介于普通電池與傳統靜電電容器之間的新型能量儲存器件。由于超級電容器 具有功率密度高，循環壽命長，充放電時間短和使用溫度范圍寬等優點，具有 廣闊的應用前景，成為了研究的熱點。

電解質是超級電容器的重要組成部分，對超級電容器的性能有很大的影響。 季銨鹽，特別是甲基三乙基四氟硼酸銨、N,N-二甲基吡咯四氟硼酸銨、1,3-二甲 基咪唑四氟硼酸銨，在極性有機溶劑中有良好的溶解性，具有較高的電導率； 幾乎沒有蒸汽壓，可以消除因揮發對環境產生的污染；工作溫度范圍寬、防爆 性能和阻燃性能較好，具有較高的安全性能等優點，廣泛用作超級電容器電解 質。

用作超級電容器電解質的氟硼酸、六氟磷酸類季銨鹽，如甲基三乙基四氟 硼酸銨、N,N-二甲基吡咯四氟硼酸銨、1,3-二甲基咪唑四氟硼酸銨，其合成方法 有以下三種：(1)方法一，是先將鹵代季銨鹽轉化成季銨堿，再與相應的酸中 和反應，得到目標產品。專利CN 104892433A公布了一種甲基三乙基四氟硼酸 銨的制備方法，是先制備甲基三乙基氯化銨，再與氫氧化鈉或氫氧化鉀反應轉 化成甲基三乙基氫氧化物，再與四氟硼酸反應，得到甲基三乙基四氟硼酸銨。

該合成方法有鹵化物參與，鹵素離子不易去除干凈，會影響超級電容器的 電化學性能。為了盡量脫除鹵素離子，專利JP 2011192963A利用氧化銀與甲基 三乙基氯化銨在水溶液中反應，制備甲基三乙基氫氧化物，再與四氟硼酸反應， 得到甲基三乙基四氟硼酸銨。雖然此方法可以幾乎完全去除鹵素離子，但成本 太高。(2)方法二，以硫酸烷基酯為烷基化試劑與胺反應制備硫酸類季銨鹽， 再與相應的酸反應，得到目標產品。專利CN 101328128A公布了將二乙胺或三 乙胺與硫酸二甲酯季銨化反應，生成硫酸類季銨鹽，再與六氟磷酸反應得到相 應的產品。該方法雖然合成工藝簡單，收率高，并且沒有鹵素離子的引入，但 硫酸烷基酯毒性大，對環境污染嚴重，所以限制了其使用。(3)方法三，以碳 酸烷基酯為烷基化試劑與胺反應制備碳酸類季銨鹽，再與相應的酸反應，得到 目標產品。專利CN102584602A公布了將正三丙胺或哌嗪與碳酸二甲酯季銨化 反應，生成碳酸類季銨鹽，再與氟硼酸或六氟磷酸反應得到相應的產品。該方 法雖然沒有鹵素離子的引入，但是碳酸烷基酯的活性低，反應需要在耐壓釜中 進行，工藝條件復雜，增加了生產成本。

發明內容

本發明的目的在于克服上述氟硼酸、六氟磷酸類季銨鹽合成方法的不足， 提供一種高純度超級電容器電解質季銨鹽的制備方法。

本發明目的的實現，包括如下步驟：

(1)胺與硅酸烷基酯在有機溶劑中季銨化反應生成硅酸類季銨鹽；

(2)硅酸類季銨鹽與酸反應生成季銨鹽，反應液濾掉固體后，脫水脫溶劑 得固體產品；

(3)步驟(2)得到的固體產品重結晶得高純季銨鹽。

所述步驟(1)中，胺為以下結構的一種：