[发明专利]双中心哌嗪离子液体及其制备方法和应用

说明书

【技术领域】

本发明涉及离子液体，特别是涉及一种双中心哌嗪离子液体、其制备方法、使用该双中心哌嗪离子液体的电解液及该电解液的配制方法。

【背景技术】

有机电解液因具有分解电压高、封装简单的特点而普遍应用于超级电容器。目前常用的有机电解液主要为TEABF₄/AN(Tetraethylammonium tetrafluoroborate /acetonitrile，四氟硼酸四乙基胺/乙腈)或TEABF₄/PC(Tetraethylammonium tetrafluoroborate/propylene carbonate，四氟硼酸四乙基胺/碳酸丙烯酯)。AN基电解液由于AN的毒性和挥发性，其应用越来越受到限制。TEABF₄/PC基电解液中的PC溶剂毒性小，但由于TEABF₄在PC溶剂中的溶解度较低(25℃在PC中的溶解度为1mol/L)，在更低的温度下溶解度将更低，这就制约了低温下提高超级电容器比能量的空间。因此，开发工作电压高和电子电导率高的低成本、低毒的有机电解液成为目前需要解决的问题。

离子液体是在室温或接近室温的条件下完全由离子组成的有机液体物质。作为一种新型的电解液。离子液体作为电解液，具有电化学窗口宽、不挥发、不可燃、热稳定性好等优点。离子液体作为双电层电容器的电解液具有良好的发展前景。在高电压下，传统的电解液容易分解，引起电容器内阻急剧增大且电容量迅速降低，从而电解液的稳定性一直是限制电容器的比能量的关键因素。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种稳定性较高的双中心哌嗪离子液体。

此外，提供一种上述双中心哌嗪离子液体的制备方法。

进一步，还有必要提供该双中心哌嗪离子液体在电解液中的应用及该电解液的配制方法。

一种双中心哌嗪离子液体，所述双中心哌嗪离子液体具有如下结构式：

其中Y^-选自BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-、(FSO₂)₂N^-和CF₃SO₃^-中的一种。

一种双中心哌嗪离子液体的制备方法，包括下述步骤：

步骤一、将1，4-二甲基哌嗪与卤代烷按摩尔比1∶2～1∶2.5混合后加热至60℃～80℃，搅拌反应得到烷基双中心哌嗪卤化物，其中所述卤代烷为甲氧基乙氧基氯甲烷或甲氧基乙氧基溴甲烷；

步骤二、将步骤一中制备的烷基双中心哌嗪卤化物与通式为M⁺Y^-的盐以摩尔比1∶2混合后加入去离子水中，搅拌发生离子交换反应，分离纯化后得到具有如下结构式的双中心哌嗪离子液体：

其中：M⁺选自Na⁺、K⁺和NH₄⁺中的一种，Y^-选自BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-、(FSO₂)₂N^-和CF₃SO₃^-中的一种。

在优选的实施例中，步骤一中，所述1，4-二甲基哌嗪与所述卤代烷搅拌反应的时间为24～72小时，反应液冷却后用乙酸乙酯洗涤，将洗涤得到的产物真空干燥得到提纯的烷基双中心哌嗪卤化物。

在优选的实施例中，步骤一中，所述1，4-二甲基哌嗪与所述卤代烷的反应在氮气或氩气形成的保护气氛下进行。

在优选的实施例中，步骤二中，所述离子交换反应的温度为室温，时间为8～24小时。