[发明专利]唑烷类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，尤其涉及一种唑烷类离子液体，其制备方法、使用该唑烷类离子液体的电解液及该电解液的配制方法。

【背景技术】

超级电容器是一种介于充电电池和电容器之间的新型能源器件，其具有体积小、容量大、充电速度快、循环寿命长、放电效率高、工作温度范围宽、可靠性好和无污染免维护等优点，是一种新型、高效、实用的能量储存装置，因而被广泛应用于军事领域、移动通讯装置、计算机、以及电动汽车的混合电源等。

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，因此其作为超级电容器的电解液具有良好的发展前景。超级电容器所存储的能量正比于所施加的电压的平方，因而，提高所施加的电压可以大幅度增加超级电容器的比能量。然而，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超级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好的唑烷类离子液体。

此外，还有必要提供一种稳定性较好的唑烷类离子液体的制备方法。

此外，还有必要提供一种使用该唑烷类离子液体的电解液及该电解液的配制方法。

一种唑烷类离子液体，具有如下结构式：

其中，Y^-为BF₄^-、PF₆^-、(FSO₂)₂N^-、(CF₃SO₂)₂N^-或CF₃SO₃^-。

一种唑烷类离子液体的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将唑烷类与卤代烷按摩尔比1∶1～1∶1.2混合后加热至60℃～80℃，搅拌反应得到烷基唑烷卤化物，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唑烷卤化物与通式为M⁺Y^-的盐以摩尔比1∶1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唑烷类离子液体：

其中，M⁺为Na⁺、K⁺或NH₄⁺，Y^-为BF₄^-、PF₆^-、(FSO₂)₂N^-、(CF₃SO₂)₂N^-或CF₃SO₃^-。

在优选的实施例中，步骤一中，所述唑烷类与所述卤代烷搅拌反应的时间为48～72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唑烷卤化物。

在优选的实施例中，步骤一中，所述唑烷类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。

在优选的实施例中，步骤二中所述分离纯化步骤如下：将烷基唑烷卤化物与具有通式M⁺Y^-的盐搅拌反应后得到的混合液用二氯甲烷萃取，直至所得到的水相用饱和的AgNO₃水溶液滴定无沉淀产生，将二氯甲烷萃取物蒸发浓缩后真空干燥得到唑烷类离子液体。

一种电解液，包括唑烷类离子液体、有机溶剂及锂盐，所述唑烷类离子液体具有如下结构式：