一種2-乙基咪唑類離子液體的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種2-乙基咪唑類離子液體的制備方法，第一步，以2-乙基咪唑和丙烯基氯為原料合成1-丙烯基-2-乙基咪唑；第二步，以1-丙烯基-2-乙基咪唑及鹵代烷為原料合成鹵代2-乙基咪唑類離子液體；第三步，將鹵代2-乙基咪唑類離子液體與無機(jī)鹽溶液進(jìn)行離子交換即得。本發(fā)明一種2-乙基咪唑類離子液體的制備方法，解決了現(xiàn)有制備方法合成時(shí)間長、電導(dǎo)率和電化學(xué)調(diào)控受到限制的問題，可以作為良好的離子型電解質(zhì)，應(yīng)用于電化學(xué)容器的高性能離子液體基復(fù)合固體電解質(zhì)的制備。
【專利說明】一種2-乙基咪唑類離子液體的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新型化學(xué)材料【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明涉及一種2-乙基咪唑類離子液體的制備方法，本發(fā)明還涉及將該離子液體用于制備功能離子液體基復(fù)合固體電解質(zhì)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電化學(xué)電容器又稱為超級電容器,是一種介于普通電容器和電池之間的大容量的新型儲能器件，具有能量密度高、充放電時(shí)間短、工作溫度范圍寬等特點(diǎn)，在低負(fù)荷場合可應(yīng)用于移動電話、錄像機(jī)和筆記本電腦等電子產(chǎn)品，在高的功率負(fù)荷場合可與電池匹配，用于電動汽車、通訊設(shè)備等方面。除電極材料外，電化學(xué)電容器中使用的電解質(zhì)是其關(guān)鍵組分之一，因此對電解質(zhì)的性能有以下要求:①電導(dǎo)率高，超級電容器的內(nèi)部阻抗，電解液的阻抗約為1/2以上，大電流放電時(shí)對電導(dǎo)率要求高電化學(xué)窗口寬，電容器的能量與工作電壓有關(guān)(E = 1/2CV2);③工作溫度范圍寬，電解質(zhì)具有良好的穩(wěn)定性環(huán)境污染少，電化學(xué)電容器所使用的電解質(zhì)可分為液體電解質(zhì)和固體電解質(zhì)。液體電解質(zhì)的導(dǎo)電性好，但其電位窗口較窄(約為1.2V)，構(gòu)成的電容器容易出現(xiàn)漏液和不易改變形狀等問題。固體電解質(zhì)分為有機(jī)類和無機(jī)類。有機(jī)固體電解質(zhì)具有較寬的電位窗口(約為2~4V)，使得電容器有較高的工作電壓和比能量，在新型聚合物鋰電池方面表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。然而大多數(shù)固體聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率較低，使得電極與電解質(zhì)之間的內(nèi)阻大，在電化學(xué)超級電容器的應(yīng)用中受到了一定的限制。因此研究開發(fā)高綜合性能的固態(tài)電解質(zhì)成為電化學(xué)超級電容器的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]作為新型的綠色介質(zhì)和軟功能材料，離子液體兼具溶劑和電解質(zhì)的作用，是一類完全由離子組成的具有極低 蒸汽壓的鹽類化合物，具有較高的離子傳導(dǎo)率和較寬的電化學(xué)窗口等特性，作為一種高綜合性能的電解質(zhì)，在提高電化學(xué)電容器的性能方面具有潛力。離子液體具有獨(dú)特的性質(zhì)與功能:①高的熱穩(wěn)定性(分解溫度在300°C以上)；②優(yōu)良的電化學(xué)性質(zhì)，較高的電導(dǎo)率和寬的電化學(xué)窗口 ；③寬的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性，通過對陰離子和陽離子的不同組合和結(jié)構(gòu)調(diào)變，實(shí)現(xiàn)離子液體的功能化及其性質(zhì)調(diào)控，從而滿足不同的特定應(yīng)用需求。離子液體的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性、優(yōu)良的電化學(xué)性質(zhì)、不易揮發(fā)環(huán)境友好等特點(diǎn)，使其在設(shè)計(jì)制備出新型的高綜合性能的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)方面具有很大的潛力。
[0004]離子液體的功能化在調(diào)節(jié)其電化學(xué)窗口和導(dǎo)電性等性能方面具有重要意義，是指在陰陽離子中引入一個(gè)或多個(gè)官能團(tuán)或離子液體陰陽離子本身具有特定的結(jié)構(gòu)而賦予其某種特定功能和特性。功能化咪唑離子液體的制備通常采用兩步法，第一步為將功能基團(tuán)引入咪唑環(huán)；第二步為將產(chǎn)物與無機(jī)鹽MY進(jìn)行陰離子交換。然而，該電導(dǎo)率調(diào)節(jié)到較高的水平上存在一定的限度。方法的合成時(shí)間較長，一般在24h左右，而且兩步法制備的離子液體，其功能基團(tuán)引入數(shù)目及其特性調(diào)節(jié)控制相對有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種2-乙基咪唑類離子液體的制備方法，解決了現(xiàn)有制備方法合成時(shí)間長、電導(dǎo)率和電化學(xué)調(diào)控受到限制的問題。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述離子液體用于制備功能離子液體基復(fù)合固體電解質(zhì)的方法。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種2-乙基咪唑類離子液體的制備方法，第一步，以2-乙基咪唑和丙烯基氯為原料合成1-丙烯基-2-乙基咪唑；第二步，以1-丙烯基-2-乙基咪唑及鹵代烷為原料合成鹵代2-乙基咪唑類離子液體；第三步，將鹵代2-乙基咪唑類離子液體與無機(jī)鹽進(jìn)行離子交換即得；
[0008]上述方法得到的2-乙基咪唑類離子液體的化學(xué)式為:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種2-乙基咪唑類離子液體的制備方法，其特征在于，第一步，以2-乙基咪唑和丙烯基氯為原料合成1-丙烯基-2-乙基咪唑；第二步，以1-丙烯基-2-乙基咪唑及鹵代烷為原料合成鹵代2-乙基咪唑類離子液體；第三步，將鹵代2-乙基咪唑類離子液體與無機(jī)鹽進(jìn)行離子交換即得； 上述方法得到的2-乙基咪唑類離子液體的化學(xué)式為:
2.如權(quán)利要求1所述的一種2-乙基咪唑類離子液體的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟: 步驟1:向反應(yīng)器中加入2-乙基咪唑、催化劑及有機(jī)溶劑，升溫至45°C~50°C時(shí)并在N2保護(hù)下向反應(yīng)器中滴加3-氯丙烯，3-氯丙烯滴加完畢后升溫至50°C~55°C反應(yīng)4h~6h，然后除去固體雜質(zhì)和溶劑，得到1-烯丙基-2-乙基咪唑； 步驟2:將所述步驟I得到的1-烯丙基-2-乙基咪唑以及鹵代衍生物加入聚四氟乙烯反應(yīng)釜，并加入有機(jī)溶劑混合均勻，密封后進(jìn)行微波輻射，間隔一定時(shí)間后再次輻射，重復(fù)3~6次，得到鹵化2-乙基咪唑離子液體； 步驟3:將所述步驟2得到的鹵化2-乙基咪唑離子液體、以及無機(jī)鹽和有機(jī)溶劑加入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，混合均勻，密封后進(jìn)行微波輻射，間隔一定時(shí)間后再次輻射，重復(fù)6~10次，經(jīng)過抽濾、干燥后，即得。
3.如權(quán)利要求2所述的一種2-乙基咪唑類離子液體的制備方法，其特征在于，所述步驟I中催化劑為KOH或K2CO3,所述催化劑與2-乙基咪唑的摩爾比為1:5~7 ;所述2-乙基咪唑與3-氯丙烯的摩爾比為1:1~1.2 ;所述有機(jī)溶劑為四氫呋喃或丙酮，有機(jī)溶劑質(zhì)量為2-乙基咪唑的5~6倍。
4.如權(quán)利要求2所述的一種2-乙基咪唑類離子液體的制備方法，其特征在于，所述步驟2中1-烯丙基-2-乙基咪唑和功能鹵代衍生物的摩爾比為1:1~1.2 ;所述鹵代衍生物為鹵代烷、鹵代酸、鹵代酯類化合物；所述有機(jī)溶劑為乙醇或甲醇，有機(jī)溶劑的質(zhì)量為1-烯丙基-2-乙基咪唑的3~5倍。
5.如權(quán)利要求2所述的一種2-乙基咪唑類離子液體的制備方法，其特征在于，所述步驟2中微波輻射的功率為200W~300W，輻射時(shí)間為20s~25s，間隔時(shí)間為Imin~1.5min。
6.如權(quán)利要求2所述的一種2-乙基咪唑類離子液體的制備方法，其特征在于，所述步驟3中無機(jī)鹽與鹵化2-乙基咪唑離子液體的摩爾比為1: 1.1~1.2 ;所述無機(jī)鹽為KPF6、KBF4, NaOH, CH3COONa 中的任意一種。
7.如權(quán)利要求2所述的一種2-乙基咪唑類離子液體的制備方法，其特征在于，所述步驟3中有機(jī)溶劑為丙酮或乙醇，所述有機(jī)溶劑的質(zhì)量為無機(jī)鹽的10~20倍。
8.如權(quán)利要求2所述的一種2-乙基咪唑類離子液體的制備方法，其特征在于，所述步驟3中微波輻射的功率為200W~300W，輻射時(shí)間為30s~40s，間隔時(shí)間為Imin~1.5min。
9.將2-乙基咪唑類離子液體用于制備功能離子液體基復(fù)合固體電解質(zhì)，其特征在于，將一定量的功能聚合物和有機(jī)溶劑加入到反應(yīng)器中，在50°C~60°C的溫度下攪拌溶解；然后降至室溫后加入2-乙基咪唑類離子液體，并在室溫下攪拌6~8小時(shí)，將得到的液體放入真空干燥箱干燥后，得到功能離子液體基復(fù)合固體電解質(zhì)。
10.如權(quán)利要求9所述的將2-乙基咪唑類離子液體用于制備功能離子液體基復(fù)合固體電解質(zhì)，其特征在于，所述功能聚合物為聚環(huán)氧乙烷，有機(jī)溶劑為二氯乙烷或乙腈，功能聚合物與有 機(jī)溶劑的質(zhì)量比為1:2~4，所述功能聚合物與2-乙基咪唑類離子液體的摩爾比為1:5~7，所述攪拌溶解時(shí)間為24~36h，所述真空干燥溫度為45°C~50°C，時(shí)間為24~48h。
【文檔編號】C07D233/58GK104016922SQ201410275884
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】趙亞梅, 張豆豆, 郭麗 申請人:西安工程大學(xué)