吡咯类离子液体及其制备方法和应用技术

技术编号:16287178 阅读:42 留言:0更新日期:2017-09-25 11:03
本发明专利技术涉及一种吡咯类离子液体,其化学结构式如下:其中,R为碳原子数为2~6的烷基,Y-为(CF3SO2)2N-或(FSO2)2N-,该吡咯类离子液体在室温或接近室温的条件下完全由离子组成,电导率高、熔点低、电化学窗口宽、不挥发、不可燃、热稳定性好且不含有卤素杂质无毒,从而可以应用在制造高比容量的超级电容器或锂离子电池领域。此外,本发明专利技术还涉及该吡咯类离子液体的制备方法及其应用。

Pyrrole ionic liquid, preparation method and application thereof

The invention relates to a pyrrole ionic liquid, its chemical structure is as follows: the R is the number of carbon atoms is 2 ~ 6 alkyl, Y- (CF3SO2) or 2N- (FSO2) 2N-, the pyrrole ionic liquids at or near room temperature completely composed of ions, high conductivity, melting point low, wide electrochemical windows, non-volatile, non combustible, good thermal stability and does not contain halogen non-toxic, can be used in super capacitors or lithium ion batteries with high capacity of manufacturing. In addition, the invention also relates to the preparation method and application of the pyrrole ionic liquid.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电容器电解液领域,尤其涉及一种吡咯类离子液体及其制备方法,同时还涉及一种使用该吡咯类离子液体的电解液及其配制方法和超级电容器。
技术介绍
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,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。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,采用两步法制备的离子液体不可避免的都会引入卤素元素,这些卤素杂质离子会导致离子液体的稳定性降低,熔点升高和电化学窗口变窄的缺点。
技术实现思路
基于此,有必要提供一种不含卤素元素的吡咯类离子液体及其制备方法。一种吡咯类离子液体,化学结构式如下:其中,R为碳原子数为2~6的烷基,Y-为(CF3SO2)2N-或(FSO2)2N-。该吡咯类离子液体在室温或接近室温的条件下完全由离子组成,电导率高、熔点低、电化学窗口宽、不挥发、不可燃、热稳定性好且不含有卤素杂质无毒,特别是分解电压高,高电压条件下难以分解,从而可以应用在制造高比容量的超级电容器或锂离子电池领域。一种吡咯类离子液体的制备方法,包括如下步骤:在惰性气氛保护下,将烷基的吡咯衍生物与甲基化试剂MY按摩尔比1∶1~1.2∶1添加在有机溶剂中,所述有机溶剂与烷基的吡咯衍生物的质量比为0.8∶1~1.4∶1,在温度为60℃~80℃条件下搅拌反应3小时~15小时,然后除去过量的所述烷基的吡咯衍生物和所述有机溶剂,收集无色液体,洗涤后,真空干燥得到吡咯类离子液体,其中,所述烷基的吡咯衍生物为乙基吡咯、丙基吡咯、丁基吡咯、戊基吡咯或己基吡咯,所述甲基化试剂MY为N-甲基-双(三氟甲磺酰)胺或N-甲基-双(氟磺酰)胺,其化学结构式如下:其中,R为碳原子数为2~6的烷基,Y-为(CF3SO2)2N-或(FSO2)2N-。在优选的实施方式中,所述有机溶剂为氯仿、二氯甲烷或四氯化碳。在优选的实施方式中,步骤除去过量的所述烷基的吡咯衍生物和所述有机溶剂具体为:通过减压蒸馏的方式除去过量的烷基的吡咯衍生物和所述有机溶剂,所述减压蒸馏的条件为温度为120℃~200℃,压强为0.1Pa~5Pa。在优选的实施方式中,所述洗涤步骤具体为:将收集的无色液体在乙酸乙酯或甲基叔丁基醚的溶液中反复洗涤。上述制备过程采用一步法效率高、无污染、有利于吡咯类离子液体的大规模工业化生产。同时,还有必要提供一种使用上述不易分解、稳定性较好的离子液体的电解液及其配制方法和超级电容器。一种电解液,包括吡咯类离子液体及有机溶剂,其中,所述吡咯类离子液体的结构式如下:R为碳原子数为2~6的烷基,Y-为(CF3SO2)2N-或(FSO2)2N-;吡咯类离子液体与有机溶剂的质量比范围为1∶5~2∶1。在优选的实施方式中,所述有机溶剂为乙腈、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和丙酸乙酯中的至少一种。一种电解液的配制方法,包括如下步骤:在惰性气氛保护下,取乙腈、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和丙酸乙酯中的至少一种作为有机溶剂,按有机溶剂与吡咯类离子液体的质量比1∶5~2∶1的比例向所述有机溶剂中加入吡咯类离子液体,搅拌混合均匀,得到所述电解液,其中,所述吡咯类离子液体的结构式如下:R为碳原子数为2~6的烷基,Y-为(CF3SO2)2N-或(FSO2)2N-。含有吡咯类离子液体的电解液电导率高、熔点低、热稳定性好且不含卤素杂质,特别是电解液的分解电压高,可以广泛应用在超级电容器的制备领域,获得高比能量的超级电容器。同时,其配制过程简单,使用原料廉价易得,可以大规模工业化生产。一种超级电容器,所述超级电容器的电解液包括具有如下结构的离子液体:R为碳原子数为2~6的烷基,Y-为(CF3SO2)2N-或(FSO2)2N-。通过测试,使用上述含有吡咯类离子液体的超级电容器具有较高的充放电电压,且在高充放电电压条件下,电解液非常稳定。【附图说明】图1为本专利技术实施例所制备吡咯类离子液体的制备方法的流程图。【具体实施方式】下面主要结合具体实施例对吡咯类离子液体及其制备方法和应用作进一步详细的说明。本实施方式的吡咯类离子液体,化学结构式如下:其中,R为碳原子数为2~6的烷基,Y-为(CF3SO2)2N-或(FSO2)2N-。该吡咯类离子液体在室温或接近室温的条件下完全由离子组成,电导率高、熔点低、电化学窗口宽、不挥发、不可燃、热稳定性好且不含卤素杂质无毒,特别是分解电压高,高电压条件下难以分解,从而可以应用在制造高比容量的超级电容器或锂离子电池领域。一种上述吡咯类离子液体的制备方法,制备流程如下:其中MY为N-甲基-双(三氟甲磺酰)胺或N-甲基-双(氟磺酰)胺;R为碳原子数为2~6的烷基,Y-为(CF3SO2)2N-或(FSO2)2N-。具体包括如下步骤:步骤S1:在惰性气氛保护下,将烷基的吡咯衍生物与甲基化试剂MY按摩尔比1∶1~1.2∶1添加在有机溶剂中,所述有机溶剂与烷基的吡咯衍生物的质量比为0.8∶1~1.4∶1,在温度为60℃~80℃条件下搅拌反应3小时~15小时。其中,烷基的吡咯衍生物的烷基是乙基吡咯、丙基吡咯、丁基吡咯、戊基吡咯或己基吡咯。其中,甲基化试剂MY为N-甲基-双(三氟甲磺酰)胺或N-甲基-双(氟磺酰)胺。步骤S2:然后除去过量的所述烷基的吡咯衍生物和所述有机溶剂,收集无色液体。具体的除去过量的所述烷基的吡咯衍生物和所述有机溶剂的步骤为通过减压蒸馏的方式除去过量的烷基的吡咯衍生物和所述有机溶剂,所述减压蒸馏的条件为温度为120℃~200℃,压强为0.1Pa~5Pa。步骤S3:洗涤后,真空干燥得到吡咯类离子液体其化学结构式如下:其中,R为碳原子数为2~6的烷基,Y-为(CF3SO2)2N-或(FSO2)2N-。其中,洗涤的方式为采用乙酸乙酯50ml反复洗涤3次以上。上述制备过程效率高、无污染、有利于吡咯类离子液体的大规模工业化生产。同时,本专利技术还提供了一种使用上述不易分解、稳定性较好的离子液体的电解液及其配制方法和超级电容器。一实施方式的电解液包括吡咯类离子液体及有机溶剂,...

【技术保护点】
1.一种吡咯类离子液体,其特征在于,化学结构式如下:其中,R为碳原子数为2~6的烷基,Y-为(CF3SO2)2N-或(FSO2)2N-。

【技术特征摘要】
1.一种吡咯类离子液体,其特征在于,化学结构式如下:
其中,R为碳原子数为2~6的烷基,Y-为(CF3SO2)2N-或(FSO2)2N-。
2.一种吡咯类离子液体的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
在惰性气氛保护下,将烷基的吡咯衍生物与甲基化试剂MY按摩尔比
1∶1~1.2∶1添加在有机溶剂中,所述有机溶剂与烷基的吡咯衍生物的质量比为
0.8∶1~1.4∶1,在温度为60℃~80℃条件下搅拌反应3小时~15小时,然后除去过
量的所述烷基的吡咯衍生物和所述有机溶剂,收集无色液体,洗涤后,真空干
燥得到吡咯类离子液体,其中,所述烷基的吡咯衍生物为乙基吡咯、丙基吡咯、
丁基吡咯、戊基吡咯或己基吡咯,所述甲基化试剂MY为N-甲基-双(三氟甲磺
酰)胺或N-甲基-双(氟磺酰)胺,其化学结构式如下:
其中,R为碳原子数为2~6的烷基,Y-为(CF3SO2)2N-或(FSO2)2N-。
3.如权利要求2所述的吡咯类离子液体的制备方法,其特征在于,所述有
机溶剂为氯仿、二氯甲烷或四氯化碳。
4.如权利要求2所述的吡咯类离子液体的制备方法,其特征在于,步骤除
去过量的所述烷基的吡咯衍生物和所述有机溶剂具体为:通过减压蒸馏的方式
除去过量的烷基的吡咯衍生物和所述有机溶剂,所述减压蒸馏的条件为温度为
120℃~200℃,压强为0...

【专利技术属性】
技术研发人员:周明杰刘大喜袁新生王要兵
申请(专利权)人:海洋王照明科技股份有限公司深圳市海洋王照明技术有限公司深圳市海洋王照明工程有限公司
类型:发明
国别省市:广东;44

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