用于制造離子液體的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于在不使用揮發(fā)性溶劑和/或水的情況下制造離子液體的方法。在 一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法能夠以連續(xù)工藝使用。
【背景技術(shù)】
[0002] 典型的離子液體是非揮發(fā)性的且不可燃的（不易燃的）。另外，它們具有寬的電化 學(xué)穩(wěn)定性窗口和高的離子導(dǎo)電性。這些性質(zhì)使得離子液體（例如，具有低于l〇〇°C的熔點(diǎn)的 鹽）可用于各種各樣的應(yīng)用，包括作為電池、電容器和太陽(yáng)能電池中的電解質(zhì)。對(duì)于電化學(xué) 應(yīng)用而言，需要非常高純度的離子液體。
[0003] 用于制造離子液體的常規(guī)方法使用間歇工藝并且利用有機(jī)溶劑，為了使用離子液 體作為電解質(zhì)，所述有機(jī)溶劑必須最后被除去。用于制造離子液體的典型方法涉及：用于產(chǎn) 生所需陽(yáng)離子的季化（quaternization)步驟，之后為代入（替換）所需陰離子的復(fù)分解步 驟。在許多情況下，通過(guò)季化步驟產(chǎn)生的鹽在室溫下為固態(tài)，這使處理復(fù)雜化并且使得難以 利用連續(xù)工藝。
[0004] 由于連續(xù)工藝會(huì)大幅提高制造離子液體的效率，因此在開發(fā)連續(xù)離子液體制造工 藝方面存在強(qiáng)烈的興趣。此外，如果在離子液體制造工藝中能夠消除溶劑的使用，則通過(guò)消 除分離和/或處理溶劑的需要，其會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)離子液體制造工藝和大幅降低總時(shí)間和成 本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一些方面提供用于在不使用揮發(fā)性溶劑的情況下制造離子液體的工藝 (方法）。這樣的工藝（方法）典型地包括：
[0006] 使式Q的化合物與式R1X的季化劑（quaternizing agent)在不存在揮發(fā)性溶劑 的情況下在足以產(chǎn)生下式的季鹽的條件下反應(yīng)：
[0007] [R1Q]+X
[0008] 使所述季鹽與式HRf的酸形式的離子液體抗衡陰離子化合物在足以產(chǎn)生式 [R1Q]+Rf的所述離子液體和式HX的揮發(fā)性酸的條件下反應(yīng)，
[0009] 其中
[0010] Q為胺、膦、或胂；
[0011] R1為季化用部分，使得[R1Q]+形成離子液體陽(yáng)離子；
[0012] X為離去基團(tuán)；
[0013] Rf為咼子液體陰咼子部分。
[0014] 在一些實(shí)施方式中，Q為在環(huán)體系中具有3-6個(gè)碳原子的胺雜環(huán)部分。在這些實(shí) 施方式內(nèi)，在一些情況下Q選自：吡咯烷、咪唑、吡啶、和哌啶，其各自任選地被取代。
[0015] 在還另外的實(shí)施方式中，在制造所述離子液體的所述工藝期間未產(chǎn)生固體。
[0016] 在再另外的實(shí)施方式中，使所述式Q的化合物與所述式R1X的季化劑反應(yīng)的所述 步驟的反應(yīng)溫度在約50°C -約200°C的范圍中。
[0017] 在另外的實(shí)施方式中，所述工藝進(jìn)一步包括將所述揮發(fā)性酸從所述離子液體分離 的步驟。
[0018] 在還再另外的實(shí)施方式中，所述工藝為連續(xù)工藝。
[0019] 在一種【具體實(shí)施方式】中，所述離子液體陰離子部分具有式[YS02]2N，其中各Y獨(dú) 立地為F或氟烴。在一些情況下，各Y獨(dú)立地為F或全氟烴。在還另外的情況下，各Y獨(dú)立 地為F或三氟甲基。在一種具體情況下，離子液體陰離子為雙（三氟甲基磺酰）亞胺（根） 或雙（氟磺酰）亞胺（根）。
[0020] 在再還另外的實(shí)施方式中，使所述式Q的化合物與所述式R1X的季化劑反應(yīng)的所 述步驟在非揮發(fā)性溶劑中進(jìn)行。在一些情況下，所述非揮發(fā)性溶劑為離子液體溶劑。在一 些情況下，所述離子液體溶劑具有式[R1Q]+RF，其中R1、Q和R fS本文中定義的那些。
[0021] 本發(fā)明的另一方面提供用于制造式[R1Q1]+R 1f的離子液體的工藝。這樣的工藝大 體上包括：
[0022] 使式Q1的含氮原子的雜環(huán)化合物與式R1X的季化劑在不存在揮發(fā)性溶劑的情況下 在足以產(chǎn)生下式的季鹽的條件下反應(yīng)：
[0023] [R1Q1]+X
[0024] 使所述季鹽與式冊(cè)\的氟化的酸形式的離子液體抗衡陰離子化合物在足以產(chǎn)生 所述式[R1Q]+R1f的離子液體和式HX的揮發(fā)性酸的條件下反應(yīng)，
[0025] 其中
[0026] Q1為含氮原子的雜環(huán)；
[0027] R1為季化用部分，使得[R1Q1]+形成含氮原子的雜環(huán)離子液體陽(yáng)離子；
[0028] X為離去基團(tuán)；
[0029] R1f為氟化的離子液體陰離子部分。
[0030] 在一些實(shí)施方式中，所述含氮原子的雜環(huán)化合物在環(huán)體系中包括3-6個(gè)碳原子。 在一些情況下，所述含氮原子的雜環(huán)化合物選自：吡咯烷、咪唑、吡啶、和哌啶，其各自任選 地被取代。
[0031] 在還另外的實(shí)施方式中，所述離子液體陰離子部分具有式[YS02]2N，其中各Y獨(dú) 立地為F或氟烴。在一些情況下，各Y獨(dú)立地為F或全氟烴。在還另外的情況下，各Y獨(dú)立 地為F為三氟甲基。在一種【具體實(shí)施方式】中，所述離子液體陰離子為雙（三氟甲基磺酰） 亞胺或雙（氟磺酰）亞胺。
[0032] 本發(fā)明的還另一方面提供具有不超過(guò)IOOppm重量的水、不超過(guò)IOOppm重量的鹵 根和/或小于IOOppm重量的溶劑的離子液體。
[0033] 本發(fā)明的再另一方面提供用于制造式[R1Q1]+R 1f的鹽的工藝。這樣的工藝典型地 包括：
[0034] 使式Q1的含氮原子的雜環(huán)化合物與式R1X的季化劑在不存在揮發(fā)性溶劑的情況下 在足以產(chǎn)生下式的季鹽的條件下反應(yīng)：
[0035] [R1Q1]+X
[0036] 使所述季鹽與式!11^的氟化的酸在足以產(chǎn)生所述式[R1Q] +R1f的鹽和式HX的揮發(fā) 性酸的條件下反應(yīng)，
[0037] 其中
[0038] Q1為含氮原子的雜環(huán)；
[0039] R1為季化用部分，使得[R1Q1]+形成含氮原子的雜環(huán)陽(yáng)離子；
[0040] X為離去基團(tuán)；和
[0041] R1f為氟化的陰離子。
[0042] 在一些實(shí)施方式中，所述氟化的陰離子具有式[YS02]2N，其中各Y獨(dú)立地為F或全 氟化的烴基。
[0043] 在還另外的實(shí)施方式中，所述工藝為連續(xù)工藝。
[0044] 本發(fā)明的再另一方面提供用于制造式[R1Q1]+R 1f的離子液體的工藝。在本發(fā)明的 該方面中，所述工藝包括：
[0045] 使式Q1的含氮原子的雜環(huán)化合物與式R1X的季化劑在離子液體溶劑的存在下在足 以產(chǎn)生下式的季鹽的條件下反應(yīng)：
[0046] [R1Q1]+X
[0047] 使所述季鹽與式冊(cè)\的氟化的酸形式的離子液體抗衡陰離子化合物在所述離子 液體溶劑的存在下在足以產(chǎn)生所述式[R1Q]+R1f的離子液體和式HX的揮發(fā)性酸的條件下反 應(yīng)，
[0048] 其中
[0049] Q1為含氮原子的雜環(huán)；
[0050] R1為季化用部分，使得[R1Q1]+形成含氮原子的雜環(huán)離子液體陽(yáng)離子；
[0051] X為離去基團(tuán)；
[0052] R1f為氟化的離子液體陰離子部分，
[0053] 和其中所述離子液體溶劑為所述式[R1Q1]+R 1f的離子液體。
[0054] 在一些實(shí)施方式中，將所述離子液體溶劑的至少一部分再循環(huán)。除非上下文另有 要求，如本文中使用的，術(shù)語(yǔ)"再循環(huán)"指的是