离子液体的制备方法、离子液体及离子液体在隔膜制备中的应用技术

本发明专利技术涉及一种离子液体的制备方法，特别涉及一种咪唑类离子液体的制备方法，其制备的离子液体及该离子液体在隔膜制备中的应用。本发明专利技术提供一种离子液体的制备方法，由反应物在反应容器内进行反应合成离子液体，其特征在于：所述反应物为咪唑或含有取代基的咪唑、氯化氢气体与碳酸酯；所述氯化氢气体从反应容器底部由下而上通入反应容器内。本发明专利技术制备的咪唑类离子液体合成方法简单，成本低；合成的咪唑类离子液体含水量低且纯度高，适合工业化大生产的需求。

The preparation of ionic liquids, ionic liquids and ionic liquids in the preparation of diaphragm

The invention relates to a preparation method of ionic liquids, in particular to a preparation method of imidazolium ionic liquids, and the preparation of ionic liquids and ionic liquids in the preparation of membranes. The invention provides a preparation method of ionic liquid, the reaction synthesis of ionic liquid in the reaction vessel, which is characterized in that the reaction of imidazole or substituted imidazole, hydrogen chloride and carbonate; the hydrogen chloride gas from the reaction vessel bottom bottom-up pass into the reaction vessel in. The imidazole ionic liquid prepared by the invention has the advantages of simple synthesis method and low cost. The synthesized imidazolium ionic liquid has low water content and high purity, and is suitable for the demand of industrial production.

【技术实现步骤摘要】
离子液体的制备方法、离子液体及离子液体在隔膜制备中的应用
本专利技术涉及一种离子液体的制备方法，特别涉及一种含水量低的咪唑类离子液体的制备方法，其制备的离子液体及该离子液体在隔膜制备中的应用。
技术介绍
离子液体(ionicliquid)是完全由离子组成的液态物质，其在室温或低温(-97℃～100℃)下为液体，因此又称室温/低温熔融盐(room/lowtemperaturemoltensalt)，或称液体有机盐(liquidorganicsalt)。离子液体的种类很多，根据有机阳离子的不同，可以将离子液体分为季铵盐类、季鏻盐类、含氮杂环鎓盐类等；其中，含氮杂环型离子液体包括咪唑鎓盐类、吡啶鎓盐类、哌啶盐类、吡咯烷盐类等。此外，组成离子液体的阴离子种类繁多，无机阴离子包括F-、Cl-、Br-、I-、NO3-、CO32-、PF6-、BF4-、C2O42-、SO42-、PO43-、Al2Cl7-等，有机阴离子包括CH3COO-、CF3SO3-、C4H9SO3-、CF3COO-、N(CF3SO2)2-、N(C2F5SO2)2-、N(C4F9SO2)2-、N[(CF3SO2)(C4F9SO2)]-、C(CF3SO2)3-等。从理论上讲，离子液体的种类可以有1018种之多。离子液体的物理化学性质会随着结构改变而改变，研究者可以根据离子液体的物理化学性质与其结构之间的关系，来调整离子液体的结构使其具有实际应用所需要的某些物理化学性质。例如，一般认为作为锂二次电池电解质的离子液体需具有低熔点、低粘度、高离子电导率以及宽电化学窗口等性质，虽然这些性能往往不能同时兼顾，但可通过调整离子液体阳、阴离子的结构使其尽可能满足这些物理化学性质的要求。几种常见的离子液体的阳离子和阴离子的结构如下所示：近年来，离子液体作为化学电源电解质使用的研究越来越多；其中，其作为锂电池体系电解质的研究也已经成为电化学领域的一个重要分支。化学电源中尤其是锂电池体系，对电解质的纯度要求非常高，一般电解质中卤素杂质含量(Cl-、Br-、I-)在15ppm以下，水分含量在80ppm以下，若离子液体电解质中含有水分，则水分会与电解质中的锂盐、溶剂以及电极中的活性物质发生化学反应，造成电池胀气、鼓包等现象。离子液体由于亲水性，除去其中的水份很困难，但是有很多场合需要严格控制离子液体中的水份，例如做为锂离子电池电解液、无水合成中的溶剂等。所以从合成过程上控制离子液体中的水份，比合成之后再除水更有意义。
技术实现思路
本专利技术为解决上述问题，提供一种离子液体的制备方法，由反应物在反应容器内进行反应合成离子液体，所述反应物为咪唑或含有取代基的咪唑、氯化氢气体与碳酸酯；所述氯化氢气体从反应容器底部由下而上通入反应容器内。本专利技术中离子液体的制备方法主要是合成咪唑类离子液体，离子液体种类很多，咪唑类离子液体是其中的一种。咪唑类离子液体具有一些特殊的性质，例如与其它类型的离子液体相比，咪唑离子液体的稳定性好、溶解能力强等。特别是1，3－二取代咪唑的盐酸盐和乙酸盐，具有很强的溶解高分子化合物的能力，十分引人注目。而咪唑盐酸盐一般来说又是制备其它咪唑盐离子液体的原料，所以咪唑盐酸盐的合成显得尤为重要。本专利技术离子液体的制备方法中对反应物的加入方式不作限定，可以先将咪唑或含有取代基的咪唑、与碳酸酯事先置于反应容器内，再从反应容器底部由下而上将氯化氢气体通入反应容器内；也可以将氯化氢气体从反应容器底部由下而上通入反应容器内的同时，将反应物咪唑或含有取代基的咪唑、与碳酸酯从反应容器底部由上而下通入反应容器内；还可以先通入咪唑或含有取代基的咪唑、与氯化氢气体，再通入碳酸酯等。本专利技术可以采用对流混合，即当氯化氢气体采用从反应容器底部由下而上通入反应容器内，且同时咪唑/取代咪唑，和/或碳酸酯的混合物由上而下加入反应釜中。上述氯化氢也可以通入搅拌状态的咪唑/取代咪唑，和/或碳酸酯的混合物中。如果采用上述对流的方式混合，可以方便的使用质量流量计来分别控制液体原料和气体原料的加入量。一般来说，以化学方程式中的质量比计量加入，混合效果会更好，也易于工业生产。例如，对于N-乙基咪唑和氯化氢的对流混合而言，加入质量的速率之比约为2.6。本专利技术中所述氯化氢气体从反应容器底部由下而上通入反应容器内，这种通入方式可以使气态氯化氢与咪唑或含有取代基的咪唑、碳酸酯充分接触，提高反应速率和单位时间内的产量。本专利技术中所有原料可以一起加入操作简单方便，且采用氯化氢气体作为反应原料，大大降低了制备的咪唑类离子液体的含水量。作为优选，所述反应容器内壁由钽、镍、镍-铬-铁基固溶强化合金、哈氏合金、双相钢及不锈钢中至少一种材料制备而成。本专利技术镍-铬-铁基固溶强化合金可以选用Inconel600，哈氏合金可以选择哈氏C，双相钢可以选择双相钢2507，不锈钢可以选择不锈钢316L。本专利技术对内壁材料的具体使用型号不作限制，本专利技术优选的这些内壁材料可以保证在整个反应过程中与反应物接触的反应容器内壁基本不被腐蚀，保证反应后产物的纯度。作为优选，所述碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、苯基碳酸甲酯、苯基碳酸乙酯及碳酸二苄酯中至少一种。作为优选，所述碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯及碳酸二乙酯中至少一种。作为优选，所述含有取代基的咪唑具有如下结构：其中，R选自含1-4个碳原子的烷烃或烯烃；R1、R2、R3选自含1-4个碳原子的烷烃、烯烃或氢原子。本专利技术优选此结构的咪唑类化合物，因为该类化合物在市场上容易购买成本低，且容易提纯，非常适合工业化大生产需求。此外，此类咪唑类化合物对锂盐有良好的溶解能力可以形成电解质。作为优选，所述含有取代基的咪唑选自如下结构中至少一种：作为优选，所述氯化氢通入时控制反应容器内的温度为0～100℃。本专利技术在反应容器内通入氯化氢气体时优选温度为0～100℃，如果温度过高，碳酸酯会产生蒸汽不易进料更不易与氯化氢气体充分接触；此外，温度过高容易出现副反应，使反应后得到的咪唑类离子液体纯度降低。作为进一步优选，所述氯化氢通入时控制反应容器内的温度为25～90℃。作为优选，所述反应的温度控制为100～200℃。本专利技术将咪唑类离子液体的反应温度控制在100～200℃仍然可以保证反应物充分反应，因为温度过高则对设备等要求会增加，不能满足工业化生产的需求；温度过低则反应不够充分。作为优选，所述反应物为碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯或苯基碳酸甲酯、咪唑或含有取代基的咪唑、与氯化氢气体；所述反应的温度控制为100～160℃。作为进一步优选，所述反应物为碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯或苯基碳酸甲酯、咪唑或含有取代基的咪唑、与氯化氢气体；所述反应的温度控制为120～150℃。作为优选，所述反应物为碳酸二乙酯或苯基碳酸乙酯、咪唑或含有取代基的咪唑、与氯化氢气体；所述反应的温度控制为150～200℃。作为进一步优选，所述反应物为碳酸二乙酯或苯基碳酸乙酯、咪唑或含有取代基的咪唑、与氯化氢气体；所述反应的温度控制为160～190℃。作为优选，所述反应物为碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯、咪唑或含有取代基的咪唑、与氯化氢气体；所述反应的温度控制为130～170℃。作为进一步优选，所述反应物为碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯、咪唑或含有取代基的本文档来自技高网...

【技术保护点】
离子液体的制备方法，由反应物在反应容器内进行反应合成离子液体，其特征在于：所述反应物为咪唑或含有取代基的咪唑、氯化氢气体与碳酸酯；所述氯化氢气体从反应容器底部由下而上通入反应容器内。

【技术特征摘要】
1.离子液体的制备方法，由反应物在反应容器内进行反应合成离子液体，其特征在于：所述反应物为咪唑或含有取代基的咪唑、氯化氢气体与碳酸酯；所述氯化氢气体从反应容器底部由下而上通入反应容器内。2.如权利要求1所述离子液体的制备方法，其特征在于：所述反应容器内壁由钽、镍、镍-铬-铁基固溶强化合金、哈氏合金、双相钢及不锈钢中至少一种材料制备而成。3.如权利要求1所述离子液体的制备方法，其特征在于：所述碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、苯基碳酸甲酯、苯基碳酸乙酯及碳酸二苄酯中至少一种。4.如权利要求3所述离子液体的制备方法，其特征在于：所述碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯及碳酸二乙酯中至少一种。5.如权利要求1所述离子液体的制备方法，其特征在于：所述含有取代基的咪唑具有如下结构：其中，R选自含1-4个碳原子的烷烃或烯烃；R1、R2、R3选自含1-4个碳原子的烷烃、烯烃或氢原子。6.如权利要求5所述离子液体的制备方法，其特征在于：所述含有取代基的咪唑选自如下结构中至少一种：7.如权利要求1所述离子液体的制备方法，其特征在于：所述氯化氢通入时控制反应容器内的温度为0～100℃。8.如权利要求7所述离子液体的制备方法，其特征在于：所述氯化氢通入时控制反应容器内的温度为25～90℃。9.如权利要求1所述离子液体的制备方法，其特征在于：所述反应的温度控制为100～200℃。10.如权利要求1所述离子液体的制备方法，其特征在于：所述反应物为碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯或苯基碳酸甲酯、咪唑或含有取代基的咪唑、与氯化氢气体；所述反应的温度控制为100～160℃。11.如权利要求10所述离子液体的制备方法，其特征在于：所述反应物为碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯或苯基碳酸甲酯、咪唑或含有取代基的咪唑、与氯化氢气体；所述反应的温度控制为120～150℃。12.如权利要求1所述离子液体的制备方法，其特征在于：所述反应物为碳酸二乙酯或苯基碳酸乙酯、咪唑或含有取代基的咪...

【专利技术属性】
技术研发人员：申大卫，费震宇，孙庆津，郑卓群，李翔，
申请(专利权)人：微宏动力系统湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33