哌啶類離子液體及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種哌啶類離子液體，其結(jié)構(gòu)通式為：其中，n為2、3或4，Y-為BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-。上述哌啶類離子液體在室溫下由陰離子和陽離子組成，具有良好的導(dǎo)電性，并且不容易揮發(fā)，不燃燒，具有良好的熱穩(wěn)定性。哌啶類離子液體電解液用于超級電容器時，由于哌啶類離子液體電解液的有機(jī)溶劑中均勻混合有大量的哌啶類離子液體，因此，和傳統(tǒng)的有機(jī)電解液相比，上述哌啶類離子液體電解液使用更加安全。本發(fā)明還公開了上述哌啶類離子液體的制備方法和應(yīng)用。
【專利說明】哌啶類離子液體及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超級電容器的電解液領(lǐng)域，特別是涉及哌啶類離子液體及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]離子液體(1nic liquids)在室溫范圍內(nèi)(一般為100°C以下)呈液態(tài)，由有機(jī)陽離子和無機(jī)陰離子(或有機(jī)陰離子)構(gòu)成。離子液體具有可調(diào)性，根據(jù)不同需要改變其陰陽離子結(jié)構(gòu)可以達(dá)到設(shè)計者的目的，因而離子液體被稱為設(shè)計者的溶劑。早在1914年就發(fā)現(xiàn)了第一個離子液體一硝基乙胺，但其后該領(lǐng)域的研究進(jìn)展緩慢。直到1992年，Wikes領(lǐng)導(dǎo)的研究小組合成了低熔點、抗水解、穩(wěn)定性強(qiáng)的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體([EMIMJBF4)后，離子液體的研究才得以迅速發(fā)展，隨后開發(fā)出了一系列的離子液體體系。最初的離子液體主要用于電化學(xué)研究，近年來離子液體作為綠色溶劑用于有機(jī)物及高分子的合成受到重視。與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑和電解質(zhì)相比，離子液體具有一系列突出的優(yōu)點:(I)熔點低于或接近室溫，呈液態(tài)的溫度范圍寬；(2)蒸氣壓低、幾乎不揮發(fā)、無色、無嗅；(3)具有較寬的穩(wěn)定溫度范圍，較好的化學(xué)穩(wěn)定性及較寬的電化學(xué)穩(wěn)定電位窗口 ；(4)良好的溶解特性，對很多無機(jī)物和有機(jī)物都表現(xiàn)出良好的溶解能力；(5)無著火點且不易燃燒；(6)可循環(huán)使用，不污染環(huán)境等。目前對離子液體的研究主要集中在新型離子液體的合成、離子液體物理和化學(xué)特性的表征及其作為溶劑和電解質(zhì)的應(yīng)用研究等方面。離子液體作為一類新型的溶劑、介質(zhì)、催化劑，在有機(jī)合成、催化反應(yīng)、萃取分離、材料制備、天然高分子、電化學(xué)等領(lǐng)域的研究取得了許多令人滿意的結(jié)果，受到了廣泛的關(guān)注。
[0003]超級電容器又叫雙電層電容器是一種新型儲能裝置，它具有充電時間短、功率密度大、容量大、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點。超級電容器被廣泛應(yīng)用于電動玩具電動機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、掌上電腦、電動汽車等領(lǐng)域。
[0004]傳統(tǒng)的超級電容器的電解液一般為有機(jī)電解液，而有機(jī)電解液容易分解產(chǎn)生烴類氣體，發(fā)生氣體泄漏甚至爆炸，使用`時不安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要提供一種使用安全的哌啶類離子液體以及哌啶類離子液體電解液。
[0006]一種哌啶類離子液體，其結(jié)構(gòu)通式為:
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種哌啶類離子液體，其特征在于，其結(jié)構(gòu)通式為:
2.一種哌啶類離子液體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 在保護(hù)氣體氛圍下，將摩爾比為1:1.05~1.2的甲基哌啶和具有通式CH3O (CH2)nX的鹵代烷在60 V ^80 V下，攪拌反應(yīng)得到粗產(chǎn)物，其中，X為Cl、Br或I，將所述粗產(chǎn)物洗滌，干燥后得到具有如下結(jié)構(gòu)通式的烷基哌啶鹵化物:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的哌啶類離子液體的制備方法，其特征在于，所述將所述粗產(chǎn)物洗滌的操作中，所述洗滌的溶劑為乙酸乙酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的哌啶類離子液體的制備方法，其特征在于，所述烷基哌啶鹵化物和具有通式M+Y—的鹽的摩爾比為1: 1.05。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的哌啶類離子液體的制備方法，其特征在于，所述分離提純包括如下操作:將得到的所述哌啶類離子液體用二氯甲烷萃取，然后將萃取得到的二氯甲烷相用去離子水反萃，直至用飽和的AgNO3水溶液滴定水相無沉淀產(chǎn)生為止，接著將二氯甲烷相真空干燥，除去二氯甲烷，得到純化后的哌啶類離子液體。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的哌啶類離子液體的制備方法，其特征在于，所述甲基哌啶和所述具有通式CH3O(CH2)nX的鹵代烷的摩爾比為1: 1.1。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的哌啶類離子液體的制備方法，其特征在于，所述干燥為在80°C的真空條件下處理。
8.—種哌啶類離子液體電解液，其特征在于，包括有機(jī)溶劑和具有如下結(jié)構(gòu)通式所示的哌啶類離子液體:
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的哌啶類離子液體電解液，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為乙腈、碳酸丙烯酯或Y-丁內(nèi)酯。
10.一種超級電容器，其特征在于，包括外殼、正極、負(fù)極和哌啶類離子液體電解液； 所述哌啶類離子液體電解液位于正極和負(fù)極之間； 所述哌啶類離子液體電解液包括有機(jī)溶劑和具有如下結(jié)構(gòu)通式所示的哌啶類離子液體:
【文檔編號】C07C309/06GK103788017SQ201210428462
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月31日
【發(fā)明者】周明杰, 劉大喜, 王要兵, 袁新生 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司