聚合物离子电解质制造技术

离子液体的聚合物离子凝胶，该离子液体熔点低于约１００℃并且通过杂环胺与每摩尔胺氮约２．８－约３．２ｍｏｌ无水氟化氢反应形成。还披露了具有包含离子液体和聚合物离子凝胶的非水电解质的电化学器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景本专利技术涉及离子液体(ionic liquids)和它们的制备方法。特别地，本专利技术涉及在相对低的温度下为液体的离子液体。根据本专利技术的离子液体化合物在低于约100℃的温度下为液体，并且优选在低于约60℃下为液体，并且更优选在环境温度或环境温度附近为液体。本专利技术进一步涉及聚合物离子电解质(polymeric ionic electrolytes)和它们的制备方法。特别地，本专利技术涉及通过加入某些聚合物来胶凝本专利技术的离子液体。根据本专利技术的聚合物化合物在约0℃-约200℃的温度下为凝胶状，并且在环境温度下或环境温度附近具有大于5毫西门子/cm的电导率。当前对于使用离子液体作为溶剂用于广泛范围的应用中有极大的兴趣。离子液体是全部由离子组成、具有可忽略的蒸汽压的低熔点盐。通过在广泛范围的可能的阳离子和阴离子中仔细选择，可以制备在低温下为液体的离子液体。还可以控制许多其他的溶剂性能，例如极性和决定液体作为溶剂用于给定的最终应用的适合性的其他因素。传统的有机溶剂处于有害化学物质列表的前列，因为它们通常是大量使用的挥发性液体并且产生难以容忍的有害蒸汽。另一方面，离子液体是非挥发的、非易燃的并且高度稳定的溶剂，并且因此迅速地上升为有希望的传统挥发性有机溶剂的替代物。离子液体不仅可用作工业溶剂，而且它们也适合于例如作为用于制备化学的高极性溶剂和作为催化剂。离子液体可忽略的蒸汽压有助>于通过分馏将产品分离。它们还在电化学例如在电池组、燃料电池和光电器件以及在电沉积工艺中具有特殊应用。国际申请No.PCT/GB00/01090披露了作为锌、锡和铁卤化物的特定季铵盐的离子液体。据报道，所披露的离子液体在60℃以下是液体并且制备廉价。据报道，所述锌和锡以及铁卤化物的季铵盐与较早的现有技术离子液体(三氯化铝的季铵盐)相比水敏感性更低。Hagiwara等，J.Fluorine Chem.，99，1(1999)和J.Electrochem.Soc.，149，D1(2002)近来披露了几种离子液体，其包含以1∶2.3-->的特定摩尔比与氟化氢组合的多种咪唑氟化物。相反，现有技术的盐导电性极小并且全部是粘性液体。仍然需要具有更大流动性用于溶剂应用并且具有更适用于电化学应用的导电性的离子液体。目前对于使用聚合物凝胶作为电解质用于广泛范围的应用中也有极大的兴趣。聚合物凝胶是低挥发性的、高度粘性的材料，其几乎全部由聚合物组成，具有可忽略的汽压。常规电解质处于有害化学物质列表的前列，因为它们通常是大量使用的挥发性液体并且产生在消费者应用中难以容忍的有害溢出物(spills)。另一方面，离子凝胶是非挥发的、非易燃的并且高度稳定的材料，并且因此迅速地上升为有希望的传统液体电解质的替代物。它们还在电化学例如在超级电容器、电池组、燃料电池和光电器件以及在电沉积工艺中具有特殊应用。Yoshida等，Sci.Tech.J.38，39-45(2002年6月)披露了通过将纤维素材料和交联剂加入到LiBF4于碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯的混合物中的电解质溶液中而形成的聚合物电解质凝胶。该披露内容表明这些凝胶的电导率小于3毫西门子/cm。因此还需要具有更高电导率的聚合物凝胶。专利技术概述这些需要由本专利技术满足。现已发现，由杂环胺使用约3摩尔氟化氢/每摩尔胺氮形成的离子液体的导电性比锌、锡和铁卤化物的季铵盐大许多数量级。更特别地，已经发现当将杂环胺与每摩尔胺氮约2.8-3.2mol的氟化氢/混合时，获得具有所希望的盐状性质、将形成高度导电的聚合物凝胶的离子液体。因此，根据本专利技术的一个方面，提供了熔点低于约100℃的离子液体，其通过杂环胺与每摩尔胺氮约2.8-约3.2mol的无水氟化氢反应形成，向其中加入数量为有效胶凝该离子液体的聚丙烯酸或其I族金属盐。适用于本专利技术的离子液体根据本专利技术可以由单一杂环胺的盐组成，或者由两种或多种杂环胺的盐组成。单一的杂环化合物可以包含多个胺氮原子，每一个胺氮原子都被转化成盐。将本专利技术的离子液体与聚丙烯酸或其I族金属盐混合制得了导电-->性比Yoshida等披露的聚合物电解质凝胶大许多数量级的聚合物离子凝胶。更特别地，当将本专利技术的离子液体与有效胶凝该离子液体的数量的聚丙烯酸或其的盐组合时，不仅解决了现有技术的缺点，而且获得了具有理想的凝胶状流变性能的聚合物离子凝胶。同样理想的是，本专利技术的离子液体具有非常高的电导率。根据本专利技术的优选聚合物离子凝胶包含约2-约50wt％的聚合物。为了本专利技术的目的，聚丙烯酸被定义为包括丙烯酸与其他乙烯基单体的共聚物，这些乙烯基单体包括丙烯酸烷基酯例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯等；烷基支化的丙烯酸，例如甲基丙烯酸和其酯，例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯等；卤乙烯例如氯乙烯、偏二氯乙烯等；和其他乙烯基单体例如乙酸乙烯酯、乙烯醇、乙烯基醚、马来酸酐、丙烯腈、苯乙烯等。聚丙烯酸被定义为包括与前述的两种或多种共聚的丙烯酸。根据本专利技术合适的I族金属盐包括锂、钠和钾。本专利技术的聚合物离子凝胶同样特别适合用作电化学器件例如电化学电容器、光电器件、电势测量(petentiometric)和电压测量(voltametric)电化学传感器、电池组、燃料电池和电沉积器件中的非水电解质(non-aqueous electrolytes)。本专利技术因此包括这类电化学器件，其中正电极和负电极与作为非水电解质的基本上由根据本专利技术的聚合物离子凝胶组成的非水电解质凝胶导电接触。优选实施方案详述单独或者当将两种或多种一起混合时充当离子液体的本专利技术的离子液体通过形成杂环胺与氟化氢的盐制备。适用于本专利技术的杂环胺可以是芳族的，例如吡咯、咪唑、嘌呤、吡唑、吡啶、哒嗪、吡嗪、喹啉、喹喔啉、嘧啶等，或者它们可以是非-芳族的，例如完全饱和的吡咯烷、吡咯烷酮、哌嗪、哌啶等，和非-芳族但不饱和的吡咯啉等。适用于本专利技术的杂环胺包括含有5-7个环成员的单环化合物，其中1-3个环成员是杂原子，至少一个杂原子是氮。其他合适的杂原子环成员包括氧、硫等。优选包含1-3个氮原子的单环杂环胺，更优选其中所有环杂原子都是氮原子的结构。适用于本专利技术的杂环胺还包括包含1-3个杂原子具有8-14个环成员的多环的稠合2或3环结构，其中至少一个杂原子是氮。优选-->包含8-10个环成员的多环的两环稠合结构。同样，环结构可以包括其他杂原子例如氧、硫等。优选包含1-3个氮原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含熔点小于约１００℃的离子液体的聚合物离子凝胶，其通过至少一种杂环胺与每摩尔胺氮约２．８－约３．２ｍｏｌ的无水氟化氢和数量为有效形成所述离子液体的凝胶的聚丙烯酸反应而形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-3-4 11/072,9151.一种包含熔点小于约100℃的离子液体的聚合物离子凝胶，
其通过至少一种杂环胺与每摩尔胺氮约2.8-约3.2mol的无水氟化氢
和数量为有效形成所述离子液体的凝胶的聚丙烯酸反应而形成。
2.根据权利要求1的聚合物离子凝胶，其中所述离子液体由一
种杂环胺离子化合物组成。
3.根据权利要求1的聚合物离子凝胶，其中所述离子液体由两
种或多种杂环胺化合物组成。
4.权利要求1的聚合物离子凝胶，其具有约1-约600毫西门
子/cm的比电导率。
5.权利要求1的聚合物离子凝胶，其中所述杂环胺是包含5-7
个环成员的单环化合物，其中1-3个环成员是选自氮、氧和硫的杂
原子，其中至少一个所述杂原子是氮。
6.权利要求5的聚合物离子凝胶，其中所述杂环胺选自：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、取代和未取代的嘧啶、取代和未取代的哒嗪、取代
和未取代的噻唑、取代和未取代的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、取代和未取代的哌嗪、
取代和未取代的哌啶，以及取代和未取代的吡咯啉。
7.权利要求6的聚合物离子凝胶，其中所述杂环胺是吡啶或甲
基吡啶。
8.权利要求1的聚合物离子凝胶，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：RR辛，IR尚克兰，MR保恩萨，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]