[发明专利]一种2‑乙基咪唑类离子液体的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于新型化学材料技术领域，本发明涉及一种2-乙基咪唑类离子液体的制备方法，本发明还涉及将该离子液体用于制备功能离子液体基复合固体电解质的方法。

背景技术

电化学电容器又称为超级电容器，是一种介于普通电容器和电池之间的大容量的新型储能器件，具有能量密度高、充放电时间短、工作温度范围宽等特点，在低负荷场合可应用于移动电话、录像机和笔记本电脑等电子产品，在高的功率负荷场合可与电池匹配，用于电动汽车、通讯设备等方面。除电极材料外，电化学电容器中使用的电解质是其关键组分之一，因此对电解质的性能有以下要求：①电导率高，超级电容器的内部阻抗，电解液的阻抗约为1/2以上，大电流放电时对电导率要求高；②电化学窗口宽，电容器的能量与工作电压有关(E＝1/2CV²)；③工作温度范围宽，电解质具有良好的稳定性；④环境污染少，电化学电容器所使用的电解质可分为液体电解质和固体电解质。液体电解质的导电性好，但其电位窗口较窄(约为1.2V)，构成的电容器容易出现漏液和不易改变形状等问题。固体电解质分为有机类和无机类。有机固体电解质具有较宽的电位窗口(约为2～4V),使得电容器有较高的工作电压和比能量，在新型聚合物锂电池方面表现出优良的性能。然而大多数固体聚合物电解质的电导率较低，使得电极与电解质之间的内阻大，在电化学超级电容器的应用中受到了一定的限制。因此研究开发高综合性能的固态电解质成为电化学超级电容器的关键技术之一。

作为新型的绿色介质和软功能材料，离子液体兼具溶剂和电解质的作用，是一类完全由离子组成的具有极低蒸汽压的盐类化合物，具有较高的离子传导率和较宽的电化学窗口等特性，作为一种高综合性能的电解质，在提高电化学电容器的性能方面具有潜力。离子液体具有独特的性质与功能：①高的热稳定性(分解温度在300℃以上)；②优良的电化学性质，较高的电导率和宽的电化学窗口；③宽的结构可设计性，通过对阴离子和阳离子的不同组合和结构调变，实现离子液体的功能化及其性质调控，从而满足不同的特定应用需求。离子液体的结构可设计性、优良的电化学性质、不易挥发环境友好等特点，使其在设计制备出新型的高综合性能的复合固态电解质方面具有很大的潜力。

离子液体的功能化在调节其电化学窗口和导电性等性能方面具有重要意义，是指在阴阳离子中引入一个或多个官能团或离子液体阴阳离子本身具有特定的结构而赋予其某种特定功能和特性。功能化咪唑离子液体的制备通常采用两步法，第一步为将功能基团引入咪唑环；第二步为将产物与无机盐MY进行阴离子交换。然而，该电导率调节到较高的水平上存在一定的限度。方法的合成时间较长，一般在24h左右，而且两步法制备的离子液体，其功能基团引入数目及其特性调节控制相对有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种2-乙基咪唑类离子液体的制备方法，解决了现有制备方法合成时间长、电导率和电化学调控受到限制的问题。

本发明的另一个目的是提供上述离子液体用于制备功能离子液体基复合固体电解质的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种2-乙基咪唑类离子液体的制备方法，第一步，以2-乙基咪唑和丙烯基氯为原料合成1-丙烯基-2-乙基咪唑；第二步，以1-丙烯基-2-乙基咪唑及卤代烷为原料合成卤代2-乙基咪唑类离子液体；第三步，将卤代2-乙基咪唑类离子液体与无机盐进行离子交换即得；

上述方法得到的2-乙基咪唑类离子液体的化学式为：

其中，功能基团X为-CH₂CH₃，-CH₂CH₂CH₂CH₃，-COOC₂H₅，-CH₂CH₂COOH中的任意一种；阴离子Y为Cl^-、Br^-、[BF₄]^-、[PF₆]^-、OH^-、CH₃COO^-中的任意一种。

本发明的特点还在于，

具体包括以下步骤：

步骤1：向反应器中加入2-乙基咪唑、催化剂及有机溶剂，升温至45℃～50℃时并在N₂保护下向反应器中滴加3-氯丙烯，3-氯丙烯滴加完毕后升温至50℃～55℃反应4h～6h，然后除去固体杂质和溶剂，得到1-烯丙基-2-乙基咪唑；