專利名稱：聚合物離子電解質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在相對(duì)低的溫度下為液體的離子液體。根據(jù)本發(fā)明的離子 液體化合物在低于約100°C的溫度下為液體，并且優(yōu)選在低于約60°C 下為液體，并且更優(yōu)選在環(huán)境溫度或環(huán)境溫度附近為液體。本發(fā)明進(jìn) 一步涉及聚合物離子電解質(zhì)(polymeric ionic electrolytes)和它們的制 備方法。特別地，本發(fā)明涉及通過加入某些聚合物來膠凝本發(fā)明的離 子液體。根據(jù)本發(fā)明的聚合物化合物在約0。C-約200°C的溫度下為 凝膠狀，并且在環(huán)境溫度下或環(huán)境溫度附近具有大于5毫西門子/cm 的電導(dǎo)率。
當(dāng)前對(duì)于使用離子液體作為溶劑用于廣泛范圍的應(yīng)用中有極大的 興趣。離子液體是全部由離子組成、具有可忽略的蒸汽壓的低熔點(diǎn)鹽。 通過在廣泛范圍的可能的陽離子和陰離子中仔細(xì)選擇，可以制備在低 溫下為液體的離子液體。還可以控制許多其他的溶劑性能，例如極性 和決定液體作為溶劑用于給定的最終應(yīng)用的適合性的其他因素。
傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑處于有害化學(xué)物質(zhì)列表的前列，因?yàn)樗鼈兺ǔＪ?大量使用的揮發(fā)性液體并且產(chǎn)生難以容忍的有害蒸汽。另一方面，離 子液體是非揮發(fā)的、非易燃的并且高度穩(wěn)定的溶劑，并且因此迅速地 上升為有希望的傳統(tǒng)揮發(fā)性有機(jī)溶劑的替代物。
離子液體不僅可用作工業(yè)溶劑，而且它們也適合于例如作為用于 制備化學(xué)的高極性溶劑和作為催化劑。離子液體可忽略的蒸汽壓有助 于通過分餾將產(chǎn)品分離。它們還在電化學(xué)例如在電池組、燃料電池和
國際申請(qǐng)No.PCT/GBOO/01090披露了作為鋅、錫和鐵卣化物的特 定季銨鹽的離子液體。據(jù)報(bào)道，所披露的離子液體在60°C以下是液 體并且制備廉價(jià)。據(jù)報(bào)道，所述鋅和錫以及鐵囟化物的季銨鹽與較早 的現(xiàn)有技術(shù)離子液體(三氯化鋁的季銨鹽)相比水敏感性更低。
Hagiwam等，J. Fluorine Chem., 99， 1 ( 1999)和.Electrochem. Soc.， 149， Dl ( 2002 )近來4皮露了幾種離子液體，其包含以1 : 2.3
的特定摩爾比與氟化氫組合的多種咪唑镥氟化物。相反，現(xiàn)有技術(shù)的 鹽導(dǎo)電性極小并且全部是粘性液體。仍然需要具有更大流動(dòng)性用于溶
目前對(duì)于使用聚合物凝膠作為電解質(zhì)用于廣泛范圍的應(yīng)用中也有 極大的興趣。聚合物凝膠是低揮發(fā)性的、高度粘性的材料，其幾乎全 部由聚合物組成，具有可忽略的汽壓。
常規(guī)電解質(zhì)處于有害化學(xué)物質(zhì)列表的前列，因?yàn)樗鼈兺ǔＪ谴罅?使用的揮發(fā)性液體并且產(chǎn)生在消費(fèi)者應(yīng)用中難以容忍的有害溢出物 (spills )。另一方面，離子凝膠是非揮發(fā)的、非易燃的并且高度穩(wěn)定 的材料，并且因此迅速地上升為有希望的傳統(tǒng)液體電解質(zhì)的替代物。 它們還在電化學(xué)例如在超級(jí)電容器、電池組、燃料電池和光電器件以 及在電沉積工藝中具有特殊應(yīng)用。
Yoshida等，Sci. Tech. .T. 38, 39-45 ( 2002年6月)披露了通過將 纖維素材料和交聯(lián)劑加入到LiBF4于碳酸亞乙酯和碳酸二乙酯的混合
些凝膠的:導(dǎo)率:j、于3毫西門,子/cm。 J此還需要具有更高電導(dǎo)率的 聚合物凝膠。
發(fā)明概述
這些需要由本發(fā)明滿足?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，由雜環(huán)胺使用約3摩爾氟化 氬/每摩爾胺氮形成的離子液體的導(dǎo)電性比鋅、錫和鐵卣化物的季銨鹽 大許多數(shù)量級(jí)。更特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)將雜環(huán)胺與每摩爾胺氮約2.8 -3.2mol的氟化氫/混合時(shí)，獲得具有所希望的鹽狀性質(zhì)、將形成高度 導(dǎo)電的聚合物凝膠的離子液體。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了熔點(diǎn)低于約100°C的離子 液體，其通過雜環(huán)胺與每摩爾胺氮約2.8-約3.2mol的無水氟化氳反 應(yīng)形成，向其中加入數(shù)量為有效膠凝該離子液體的聚丙烯酸或其I族 金屬鹽。
適用于本發(fā)明的離子液體根據(jù)本發(fā)明可以由單一雜環(huán)胺的鹽組 成，或者由兩種或多種雜環(huán)胺的鹽組成。單一的雜環(huán)化合物可以包含 多個(gè)胺氮原子，每一個(gè)胺氮原子都被轉(zhuǎn)化成鹽。
將本發(fā)明的離子液體與聚丙烯酸或其I族金屬鹽混合制得了導(dǎo)電
性比Yoshida等披露的聚合物電解質(zhì)凝膠大許多數(shù)量級(jí)的聚合物離子 凝膠。更特別地，當(dāng)將本發(fā)明的離子液體與有效膠凝該離子液體的數(shù) 量的聚丙烯酸或其的鹽組合時(shí)，不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，而且獲 得了具有理想的凝膠狀流變性能的聚合物離子凝膠。同樣理想的是， 本發(fā)明的離子液體具有非常高的電導(dǎo)率。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選聚合物離 子凝膠包含約2 -約50wty。的聚合物。
為了本發(fā)明的目的，聚丙烯酸被定義為包括丙烯酸與其他乙烯基 單體的共聚物，這些乙烯基單體包括丙烯酸烷基酯例如丙烯酸曱酯、 丙烯酸乙酯等；烷基支化的丙烯酸，例如曱基丙烯酸和其酯，例如曱 基丙烯酸甲酯、曱基丙烯酸乙酯等；卣乙烯例如氯乙烯、偏二氯乙烯 等；和其他乙烯基單體例如乙酸乙烯酯、乙烯醇、乙烯基醚、馬來酸 酐、丙烯腈、苯乙烯等。聚丙烯酸被定義為包括與前述的兩種或多種 共聚的丙烯酸。根據(jù)本發(fā)明合適的I族金屬鹽包括鋰、鈉和鉀。
本發(fā)明的聚合物離子凝膠同樣特別適合用作電化學(xué)器件例如電化 學(xué)電容器、光電器件、電勢(shì)測(cè)量(petentiometric )和電壓測(cè)量 (voltametric )電化學(xué)傳感器、電池組、燃料電池和電沉積器件中的 非？K電解質(zhì)(non-aqueous electrolytes )。本發(fā)明因此包括這類電化學(xué) 器件，其中正電極和負(fù)電極與作為非水電解質(zhì)的基本上由根據(jù)本發(fā)明 的聚合物離子凝膠組成的非水電解質(zhì)凝膠導(dǎo)電接觸。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述
單獨(dú)或者當(dāng)將兩種或多種一起混合時(shí)充當(dāng)離子液體的本發(fā)明的離 子液體通過形成雜環(huán)胺與氟化氫的鹽制備。適用于本發(fā)明的雜環(huán)胺可 以是芳族的，例如吡咯、咪唑、噪p令、他哇、吡t定、p達(dá)，秦、p比，秦、喹 啉、會(huì)喔啉、嘧啶等，或者它們可以是非-芳族的，例如完全飽和的吡 咯烷、吡咯烷酮、哌。秦、哌啶等，和非-芳族但不飽和的吡咯啉等。
適用于本發(fā)明的雜環(huán)胺包括含有5-7個(gè)環(huán)成員的單環(huán)化合物， 其中1-3個(gè)環(huán)成員是雜原子，至少一個(gè)雜原子是氮。其他合適的雜 原子環(huán)成員包括氧、硫等。優(yōu)選包含1-3個(gè)氮原子的單環(huán)雜環(huán)胺， 更優(yōu)選其中所有環(huán)雜原子都是氮原子的結(jié)構(gòu)。
適用于本發(fā)明的雜環(huán)胺還包括包含1-3個(gè)雜原子具有8-14個(gè) 環(huán)成員的多環(huán)的稠合2或3環(huán)結(jié)構(gòu)，其中至少一個(gè)雜原子是氮。優(yōu)選
包含8-10個(gè)環(huán)成員的多環(huán)的兩環(huán)稠合結(jié)構(gòu)。同樣，環(huán)結(jié)構(gòu)可以包括 其他雜原子例如氧、硫等。優(yōu)選包含1-3個(gè)氮原子的多環(huán)稠環(huán)結(jié)構(gòu)， 最優(yōu)選其中所有環(huán)雜原子都是氮的結(jié)構(gòu)。
適用于本發(fā)明的雜環(huán)胺包括直接連接在一起的相同或不同的單環(huán) 或者多環(huán)稠環(huán)結(jié)構(gòu)的二聚物和三聚物，例如雙吡夂。優(yōu)選二聚物。與
直接連接在一起相反，二聚物和三聚物的環(huán)結(jié)構(gòu)可以通過合適的雙官 能配體連接。
適用于本發(fā)明的雜環(huán)胺還可以是環(huán)取代的。可以存在單個(gè)環(huán)取代 基，或者可以使用至多3個(gè)相同或不同的取代基。環(huán)取代基可以連接 在碳原子或合適的氮原子上。
合適的環(huán)取代基的例子包括，但不限于，卣素(包括氯、溴、氟 和碘)、氨基、氰基、羥基、硝基、酮基、苯基、1-3個(gè)碳原子低級(jí) 烷基、2-4個(gè)碳原子烯烴或炔烴、3-6個(gè)碳原子環(huán)烷基或環(huán)烯烴、1 -4個(gè)碳原子醛、-R,C(K))R2、 -R'OR2、畫R^OC(K))R2、 -R^OpR^ 等，其中R,是鍵、1-3個(gè)碳原子低級(jí)烷基、2-3個(gè)碳原子烯烴或苯 基，并且&是氫、1-3個(gè)碳原子低級(jí)烷基、2-3個(gè)碳原子烯烴或苯 基。該&和112低級(jí)烷基、烯烴和苯基可以進(jìn)一步任選地被一個(gè)或多 個(gè)鹵素、氨基、氰基、羥基、硝基、苯基、1-3個(gè)碳原子低級(jí)烷基和 1-3個(gè)碳原子低級(jí)烷氧基取代。優(yōu)選的取代基包括 CaHbBreCldFeIfNg〇h，其中a為1-3, b、 e為0 — 9, c、 d、 f、 g和h 各自為O-2,并且b-h的總和為1-9,包括端值。當(dāng)存在多于一個(gè) 取代基時(shí)，取代基可以相同或不同。
根據(jù)本發(fā)明的雜環(huán)胺鹽具有低于約100°C的熔點(diǎn)。為本發(fā)明的目 的，"熔點(diǎn)"通過差示掃描量熱法測(cè)量。在本發(fā)明的雜環(huán)胺鹽當(dāng)中， 優(yōu)選熔點(diǎn)小于約60°C的那些，甚至更優(yōu)選熔點(diǎn)低于室溫的雜環(huán)胺鹽。 為本發(fā)明的目的，室溫被定義為25°C。當(dāng)在室溫下使用振簧式粘度計(jì) 測(cè)量時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的雜環(huán)胺鹽還具有約1-約100,000厘泊的粘度。
優(yōu)選粘度小于io，ooo厘泊。
通過使用適合在腐蝕性氣氛例如在氟化氫中測(cè)量電導(dǎo)率的常用電 導(dǎo)計(jì)進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)本發(fā)明的離子液體具有約1-約600毫西門子/cm (mS/cm)并且優(yōu)選大于約20毫西門子/cm的比電導(dǎo)率。
本發(fā)明范圍內(nèi)的特定雜環(huán)胺化合物的例子包括吡啶和取代的吡啶200680015084.X
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化合物，例如a-甲基吡啶(2-曱基吡啶)、2-氨基-3-曱基吡啶、煙酸、 煙酰胺(維生素B)、 2-氨基吡咬、|3-甲基吡啶(3-曱基吡啶)、3-氰基 吡啶、4-氰基吡啶、4-二曱氨基吡啶、1,3-二(4-p比啶基)丙烷、4-乙基 吡啶、y-甲基吡啶(4-甲基吡啶)、2,6-二曱基吡啶、3,5-二甲基吡啶、 混合的曱基吡啶、混合的烷基吡啶、4-苯基丙基吡啶、多烷基吡啶、 吡哆素(維生素B6)、 3-吡啶基曱醇、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶等。
同樣適用于本發(fā)明的非-吡啶雜環(huán)胺的例子包括哌啶和取代的哌啶 化合物例如2-乙醇哌啶、1,3-二(4-哌啶基)丙烷等；吡咯和取代的吡咯； 吡咯烷和取代的吡咯烷；吡咯烷酮和取代的吡咯烷酮例如N-曱基吡咯 烷酮；咪唑啉和取代的咪唑啉；P惡唑和取代的卩惡唑；p塞唑和取代的p塞 哇；p比哇和取代的吡唑；吡咯啉和取代的吡咯啉；嘧t定和取代的嘧，定； 噤呤和取代的。票呤；會(huì)啉和異喹啉以及取代的p套啉和異喹啉；等等。
可以簡單地通過如下方式制備根據(jù)本發(fā)明的離子液體在帶有攪 拌器、密封連接至無水HF供給源一通常是另一個(gè)密封容器-的金屬 或塑料密封容器例如高壓釜中，將一種或多種雜環(huán)胺與化學(xué)計(jì)量數(shù)量 的無水氟化氫，即每摩爾胺氮約2.8-約3.2mol無水氟化氬/一起混合。 容器應(yīng)該帶有夾套以除去熱量，因?yàn)辂}形成是高度放熱的。所述容器 和它們之間的連接是密封的以保護(hù)無水HF的環(huán)境暴露。無水HF還 可以以O(shè)lah試劑的形式傳送，其制備披露于美國專利No.5,073,674 中。
通常不使用額外的溶劑，盡管在一些情形中可以有利地在離子液 體，特別是根據(jù)本發(fā)明的離子液體溶劑中進(jìn)行反應(yīng)。由于鹽產(chǎn)品可忽 略的蒸汽壓，因此過量的試劑通過蒸餾可容易地除去。
然后可以使用任選的非離子液體溶劑將本發(fā)明的離子液體溶解并 且進(jìn)一步將本發(fā)明的離子液體的粘度稀釋，例如用于電化學(xué)應(yīng)用如燃 料電池、電化學(xué)電容器、非水可再充電電池例如鋰電池、光電電池等 中。所述溶劑優(yōu)選是極性的并且包括常用溶劑例如碳酸亞丙酯、乙腈 等。
根據(jù)本發(fā)明的離子液體包括兩種或多種本發(fā)明離子液體化合物的 混合物。這類離子液體可以通過從相應(yīng)的雜環(huán)胺混合物開始而制備， 或者可以單獨(dú)制備每一 離子液體化合物并且然后組合以形成離子液體 混合物。
根據(jù)本發(fā)明的聚合物離子凝膠通過伴隨著混合將有效數(shù)量的 一種 或多種聚丙烯酸或其鹽加入到本發(fā)明的離子液體中直到形成均勻的均 質(zhì)凝膠而制備。取決于離子液體和聚合物的選擇，混合在混合物充分
流動(dòng)以允許徹底混合的溫度下進(jìn)行，通常為約0。C-約60°C,并且優(yōu) 選在環(huán)境溫度下進(jìn)行。優(yōu)選的方法僅僅是將加入聚合物作為離子液體 制備工藝的附加工序，更優(yōu)選在離子液體形成放出的熱消散之前，以 使得不需要外部熱源來形成凝膠。
約2 -約50wtM的聚合物數(shù)量是優(yōu)選的，約5 - 20wtM的數(shù)量是更 優(yōu)選的。適用于本發(fā)明的聚丙烯酸具有約1000 -約500,000的重均分 子量?？梢允褂肐族金屬鹽例如鋰、鈉和鉀聚丙烯酸鹽，以及上面列 出的丙烯酸和丙烯酸鹽的乙烯基共聚物，即丙烯酸烷基酯、烷基支化 的丙烯酸和其酯、卣乙烯、乙酸乙烯酯、乙烯醇、乙烯基醚、馬來酸 酐、丙烯腈、苯乙烯、它們的組合等。
通過差示掃描量熱法測(cè)量，根據(jù)本發(fā)明的聚合物離子凝膠具有低 于約150。C的熔點(diǎn)。在本發(fā)明的聚合物離子凝膠當(dāng)中，優(yōu)選熔點(diǎn)小于 約100°C的那些。
當(dāng)在20°C下采用振簧式粘度計(jì)測(cè)量時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的聚合物離 子凝膠具有大于約10厘泊的粘度。優(yōu)選在20。C下大于約100厘泊的 粘度，甚至更優(yōu)選在20°C下大于約500厘泊的粘度。對(duì)于本發(fā)明的 離子液體，可以使用任選的非離子液體溶劑以將本發(fā)明的聚合物離子 凝膠溶解并且進(jìn)一步將本發(fā)明聚合物離子凝膠的粘度稀釋。向其中加 入溶劑的聚合物離子凝膠可以基于本發(fā)明的不含溶劑的離子液體，或 者基于本發(fā)明的包含相同或不同溶劑的離子液體。
根據(jù)本發(fā)明的離子液體與由其制備的聚合物離子凝膠之間的電導(dǎo) 率差異被最小化，使得通過使用適用于在腐蝕性氣氛中測(cè)量電導(dǎo)率的 常用電導(dǎo)計(jì)測(cè)量，根據(jù)本發(fā)明的聚合物離子凝膠具有約1-約600毫 西門子/cm (mS/cm)的比電導(dǎo)率，并且優(yōu)選大于約20毫西門子/cm。
才艮據(jù)本發(fā)明的離子液體可用于廣泛范圍的目的；例如，該液體可 用于實(shí)施例如制備化學(xué)中的化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)用，其中需要極性但非水的 溶劑或者具有可忽略的蒸汽壓的溶劑。根據(jù)本發(fā)明的離子液體還可以 被用作熱儲(chǔ)存液體。它們可進(jìn)一步用作惰性介質(zhì)，例如用于溶解離子 物種，如單獨(dú)的或者與其他金屬離子絡(luò)合之后的過渡金屬絡(luò)合物，用
作催化劑或者用作化學(xué)試劑。
可使用本發(fā)明的離子液體其中需要極性非水溶劑的溶劑體系應(yīng)用 包括纖維素回收、催化裂化反應(yīng)例如聚乙烯回收、手性催化、偶聯(lián)反
應(yīng)例如Heck反應(yīng)、^黃化反應(yīng)、硝化反應(yīng)、氧化反應(yīng)、親核取代反應(yīng)、
烯烴聚合反應(yīng)、錒系元素提取、烷基化反應(yīng)、加氫曱酰基化反應(yīng)、二
聚反應(yīng)、氫化反應(yīng)、Diels-Alder反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)、芳基化反應(yīng)、 Friedel-Crafts反應(yīng)等。
本發(fā)明的離子液體和聚合物離子凝膠特別適合作為電化學(xué)器件例 如電化學(xué)電容器、光電器件、電勢(shì)和電壓電化學(xué)傳感器、電池、燃料 電池和電沉積器件中的非水電解質(zhì)。本發(fā)明因此包括其中正電極和負(fù)
電極與基本由本發(fā)明的離子液體或由其制備的聚合物離子凝膠組成的 非水電解質(zhì)導(dǎo)電接觸的這類電化學(xué)器件?？梢源嬖谄渌Ｒ?guī)的電解質(zhì)
添加劑。另外，這些器件基本是常規(guī)的并且不需要進(jìn)一步描述。本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員將理解如何使用本發(fā)明的離子液體作為用于這類器件 的非水電解質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的聚合物離子凝膠也可用作熱儲(chǔ)存流體。
實(shí)施例
實(shí)施例1 -與氟化氫形成吡啶鹽
伴隨著攪拌將約60g無水氟化氬緩慢加入到包含于高壓釜中的約 55g吡啶中，使得吡啶與HF摩爾比為1 : 3。當(dāng)反應(yīng)熱退去并且混合 物冷卻后，該高壓釜含有115g在180°C沸騰的液體，比吡啶的沸點(diǎn) 高90。C并且比氟化氫的沸點(diǎn)高160°C。該液體不能分離成組分。材料 的分析證實(shí)該新化合物的結(jié)構(gòu)為離子液體[吡啶'H+][H2F3]—(或吡 咬'3HF)。該純的離子液體的電導(dǎo)率經(jīng)測(cè)量為98mS/cm。和與^1璃反 應(yīng)的Olah試劑不同，該液體不腐蝕硼硅酸鹽玻璃。
將該離子液體溶于碳酸亞丙酯中，在其中其可以以任何比例溶 解，并且測(cè)量電導(dǎo)率。電導(dǎo)率作為離子液體濃度的函數(shù)從0平穩(wěn)地變 到98mS/cm。
還將該離子液體溶于乙腈中，同樣在其中其可以以任何比例溶 解，并且測(cè)量電導(dǎo)率。電導(dǎo)率同樣平穩(wěn)變化，在約80wt。/o離子液體濃
度下，達(dá)到104mS/cm的最大值。
實(shí)施例2 - HF吡咬鹽的膠凝
重復(fù)實(shí)施例1,但在從高壓釜中取出離子液體之前伴隨著攪拌加 入聚丙烯酸鈉(mol wt 50,000 )。溶液變得粘稠并且在15wt。/o聚丙烯酸 鈉該液體凝膠變得太粘稠而難以攪拌。測(cè)量電導(dǎo)率，仍然達(dá)到 78mS/cm。隨著漸增的聚合物含量進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)量，并且其作為聚合 物濃度的函數(shù)從78mS/cm平穩(wěn)地變到98mS/cm。
實(shí)施例3 -與聚丙烯酸鉀形成凝膠
采用聚丙烯酸鐘作為聚合物重復(fù)實(shí)施例2。結(jié)果相同，凝膠的形 成速率顯著增加。凝膠電導(dǎo)率在20%聚合物為74mS/cm。
實(shí)施例4-與聚丙烯酸形成凝膠
采用聚丙烯酸作為聚合物重復(fù)實(shí)施例2。結(jié)果相同。凝膠電導(dǎo)率 在23%聚合物為76mS/cm。
實(shí)施例5 -與氟化氫形成a-曱基吡啶鹽
伴隨著攪拌將約60g無水氟化氫緩慢加入到包含于高壓釜中的約 69g a-曱基吡啶中，使得曱基吡啶與HF摩爾比為1 : 3。當(dāng)反應(yīng)熱退 去并且混合物冷卻后，該高壓釜含有129g在200°C沸騰的液體，比a-甲基吡啶的沸點(diǎn)高80°C并且比氟化氫的沸點(diǎn)高180°C。該液體不能分 離成組分。材料的分析證實(shí)該新化合物的結(jié)構(gòu)為離子液體[a-曱基吡 dT][H2F3]-(或a-甲基吡啶'3HF)。該純的離子液體的電導(dǎo)率經(jīng)測(cè)量 為73mS/cm。和與玻璃反應(yīng)的Olah試劑不同，該液體不腐蝕硼石圭酸 鹽玻璃。
多種電化^器件用的非;電解質(zhì)的各種根據(jù)本發(fā)明的化合物。"本領(lǐng)域 技術(shù)人員基于從前述實(shí)施例中可明顯看出的性能將明顯看出，根據(jù)本 發(fā)明的化合物可用于廣泛范圍的其他應(yīng)用，并且本發(fā)明包括沒有被實(shí)
權(quán)利要求
1.一種包含熔點(diǎn)小于約100℃的離子液體的聚合物離子凝膠，其通過至少一種雜環(huán)胺與每摩爾胺氮約2.8-約3.2mol的無水氟化氫和數(shù)量為有效形成所述離子液體的凝膠的聚丙烯酸反應(yīng)而形成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的聚合物離子凝膠，其中所述離子液體由一 種雜環(huán)胺離子化合物組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的聚合物離子凝膠，其中所述離子液體由兩 種或多種雜環(huán)胺化合物組成。
4. 權(quán)利要求1的聚合物離子凝膠，其具有約1-約600毫西門 子/cm的比電導(dǎo)率。
5. 權(quán)利要求1的聚合物離子凝膠，其中所述雜環(huán)胺是包含5-7 個(gè)環(huán)成員的單環(huán)化合物，其中1-3個(gè)環(huán)成員是選自氮、氧和硫的雜 原子，其中至少一個(gè)所述雜原子是氮。
6. 權(quán)利要求5的聚合物離子凝膠，其中所述雜環(huán)胺選自取代 和未取代的吡咯、取代和未取代的吡唑、取代和未取代的吡啶、取代 和未取代的吡嗪、取代和未取代的嘧。定、取代和未取代的口達(dá)。秦、取代 和未取代的瘞唑、取代和未取代的嚼、唑、取代和未取代的三唑、取代 和未取代的吡咯烷、取代和未取代的吡咯烷酮、取代和未取代的。底。秦、 取代和未取代的哌啶，以及取代和未取代的p比咯啉。
7. 權(quán)利要求6的聚合物離子凝膠，其中所述雜環(huán)胺是吡啶或甲 基吡咬。
8. 權(quán)利要求1的聚合物離子凝膠，其中所述雜環(huán)胺是包含8-14 個(gè)環(huán)成員的多環(huán)稠環(huán)結(jié)構(gòu)，其中1-3個(gè)環(huán)成員是選自氮、氧和硫的 雜原子，其中至少一個(gè)所述雜原子是氮。
9. 權(quán)利要求8的聚合物離子凝膠，其中所述雜環(huán)胺選自取代 和未取代的咪唑、取代和未取代的喹啉、取代和未取代的喹喔啉、取 代和未取代的嘌呤，以及取代和未取代的異喹啉。
10. 權(quán)利要求1的聚合物離子凝膠，其包含約2-約50wtn/。的聚 合物。
11. 權(quán)利要求1的聚合物離子凝膠，其中所述聚丙烯酸是聚丙烯 酸的I族金屬鹽。
12. 權(quán)利要求1的聚合物離子凝膠，其中所述聚丙烯酸包括與一 種或多種選自以下物質(zhì)的乙烯基共聚單體共聚的丙烯酸或其I族金屬鹽丙烯酸烷基酯、烷基支化的丙烯酸、烷基支化的丙烯酸烷基酯、烷基支化的丙烯酸I族金屬鹽、鹵乙烯、乙酸乙烯酯、乙烯醇、乙烯 基醚、馬來酸酐、丙烯腈和苯乙烯。
13. 權(quán)利要求1的聚合物離子凝膠，其具有小于約150。C的熔點(diǎn)。
14. 一種包括正電極和負(fù)電極的電化學(xué)器件，這兩個(gè)電極都與包 含權(quán)利要求1的聚合物離子凝膠的非水電解質(zhì)導(dǎo)電接觸。
15. 權(quán)利要求14的電化學(xué)器件，其中該器件是電化學(xué)電容器、光 電器件、電池組或燃料電池。
16. 權(quán)利要求14的電化學(xué)器件，其中該器件是電勢(shì)測(cè)量或電壓測(cè) 量電化學(xué)傳感器。
17. 權(quán)利要求14的電化學(xué)器件，其中該器件是電沉積器件。
全文摘要
離子液體的聚合物離子凝膠，該離子液體熔點(diǎn)低于約100℃并且通過雜環(huán)胺與每摩爾胺氮約2.8-約3.2mol無水氟化氫反應(yīng)形成。還披露了具有包含離子液體和聚合物離子凝膠的非水電解質(zhì)的電化學(xué)器件。
文檔編號(hào)H01G9/022GK101171717SQ200680015084
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者I·R·尚克蘭, M·R·保恩薩, R·R·辛 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國際公司