哌啶类离子液体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种哌啶类离子液体，其结构通式为：其中，n为2、3或4，Y-为BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-。上述哌啶类离子液体在室温下由阴离子和阳离子组成，具有良好的导电性，并且不容易挥发，不燃烧，具有良好的热稳定性。哌啶类离子液体电解液用于超级电容器时，由于哌啶类离子液体电解液的有机溶剂中均匀混合有大量的哌啶类离子液体，因此，和传统的有机电解液相比，上述哌啶类离子液体电解液使用更加安全。本发明专利技术还公开了上述哌啶类离子液体的制备方法和应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超级电容器的电解液领域，特别是涉及哌啶类离子液体及其制备方法与应用。
技术介绍
离子液体(Ionic liquids)在室温范围内（一般为100℃以下）呈液态，由有机阳离子和无机阴离子（或有机阴离子）构成。离子液体具有可调性，根据不同需要改变其阴阳离子结构可以达到设计者的目的，因而离子液体被称为设计者的溶剂。早在1914年就发现了第一个离子液体—硝基乙胺，但其后该领域的研究进展缓慢。直到1992年，Wikes领导的研究小组合成了低熔点、抗水解、稳定性强的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([EMIM]BF4)后，离子液体的研究才得以迅速发展，随后开发出了一系列的离子液体体系。最初的离子液体主要用于电化学研究，近年来离子液体作为绿色溶剂用于有机物及高分子的合成受到重视。与传统的有机溶剂和电解质相比，离子液体具有一系列突出的优点：(1)熔点低于或接近室温，呈液态的温度范围宽；（2）蒸气压低、几乎不挥发、无色、无嗅；(3)具有较宽的稳定温度范围，较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口；(4)良好的溶解特性，对很多无机物和有机物都表现出良好的溶解能力；（5）无着火点且不易燃烧；（6）可循环使用，不污染环境等。目前对离子液体的研究主要集中在新型离子液体的合成、离子液体物理和化学特性的表征及其作为溶剂和电解质的应用研究等方面。离子液体作为一类新型的溶剂、介质、催化剂，在有机合成、催化反应、萃取分离、材料制备、天然高分子、电化学等领域的研究取得了许多令人满意的结果，受到了广泛的关注。超级电容器又叫双电层电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、功率密度大、容量大、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器被广泛应用于电动玩具电动机、数码相机、掌上电脑、电动汽车等领域。传统的超级电容器的电解液一般为有机电解液，而有机电解液容易分解产生烃类气体，发生气体泄漏甚至爆炸，使用时不安全。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种使用安全的哌啶类离子液体以及哌啶类离子液体电解液。一种哌啶类离子液体，其结构通式为：其中，n为2、3或4，Y-为BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-。一种哌啶类离子液体的制备方法，包括以下步骤：在保护气体氛围下，将摩尔比为1:1.05~1.2的甲基哌啶和具有通式CH3O(CH2)nX的卤代烷在60℃~80℃下，搅拌反应得到粗产物，其中，X为Cl、Br或I，将所述粗产物洗涤，干燥后得到具有如下结构通式的烷基哌啶卤化物：其中，n为2、3或4，X-为Cl-、Br-或I-；按照摩尔比1:1~1.1将所述烷基哌啶卤化物和具有通式M+Y-的盐在室温下加入去离子水中，其中M+为Na+、K+或NH4+，Y-为BF4-、PF6-、(FSO2)2N-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-，搅拌发生离子交换反应，分离提纯后得到具有如下结构通式的哌啶类离子液体：其中，n为2、3或4，Y-为BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-。在一个实施例中，所述将所述粗产物洗涤的操作中，所述洗涤的溶剂为乙酸乙酯。在一个实施例中，所述烷基哌啶卤化物和具有通式M+Y-的盐的摩尔比为1:1.05。在一个实施例中，所述分离提纯包括如下操作：将得到的所述哌啶类离子液体用二氯甲烷萃取，然后将萃取得到的二氯甲烷相用去离子水反萃，直至用饱和的AgNO3水溶液滴定水相无沉淀产生为止，接着将二氯甲烷相真空干燥，除去二氯甲烷，得到纯化后的哌啶类离子液体。在一个实施例中，所述甲基哌啶和所述具有通式CH3O(CH2)nX的卤代烷的摩尔比为1:1.1。在一个实施例中，所述干燥为在80℃的真空条件下处理。一种哌啶类离子液体电解液，包括有机溶剂和具有如下结构通式所示的哌啶类离子液体：其中，n为2、3或4，Y-为BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-；所述哌啶类离子液体和所述有机溶剂的质量比为1~2:5~1，所述哌啶类离子液体和所述有机溶剂均匀混合。在一个实施例中，所述有机溶剂为乙腈、碳酸丙烯酯或γ-丁内酯。一种超级电容器，包括外壳、正极、负极和哌啶类离子液体电解液；所述哌啶类离子液体电解液位于正极和负极之间；所述哌啶类离子液体电解液包括有机溶剂和具有如下结构通式所示的哌啶类离子液体：其中，n为2、3或4，Y-为BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-；所述哌啶类离子液体和所述有机溶剂的质量比为1~2:5~1，所述哌啶类离子液体和所述有机溶剂均匀混合。上述哌啶类离子液体在室温下由阴离子和阳离子组成，具有良好的导电性，并且不容易挥发，不燃烧，具有良好的热稳定性。哌啶类离子液体电解液用于超级电容器时，由于哌啶类离子液体电解液的有机溶剂中均匀混合有大量的哌啶类离子液体，因此，和传统的有机电解液相比，上述哌啶类离子液体电解液使用更加安全。附图说明图1为一实施方式的哌啶类离子液体的制备方法的流程图；图2为一实施方式的哌啶类离子液体电解液的制备方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。一实施方式的哌啶类离子液体，其结构通式为：其中，n为2、3或4，Y-为BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-。上述哌啶类离子液体在室温下由阴离子和阳离子组成，具有良好的导电性，并且蒸气压低不容易挥发，无着火点且不燃烧，具有较宽的稳定存在的温度范围和良好的热稳定性，可循环使用，不污染环境等优点。上述哌啶类离子液体含有甲氧基烷基链，由于甲氧基烷基链相对于等链长的烷基链具有更好的柔性，阻碍了离子之间的紧密堆积形成晶体，因而具有比同链长烷基链更低的熔点。另外，甲氧基烷基链相对于等链长的烷基链具有更高的电导率。如图1所示的上述哌啶类离子液体的制备方法，包括以下步骤：S110、在保护气体氛围下，将摩尔比为1:1.05～1.2的甲基哌啶和具有通式CH3O(CH2)nX的卤代烷在60℃~80℃下，搅拌反应得到粗产物，其中，X为Cl、Br或I。将粗产物洗涤，干燥后得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种哌啶类离子液体，其特征在于，其结构通式为：其中，n为2、3或4，Y?为BF4?、PF6?、(CF3SO2)2N?或CF3SO3?。

【技术特征摘要】
1.一种哌啶类离子液体，其特征在于，其结构通式为：
其中，n为2、3或4，Y-为BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-。
2.一种哌啶类离子液体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在保护气体氛围下，将摩尔比为1:1.05~1.2的甲基哌啶和具有通式
CH3O(CH2)nX的卤代烷在60℃~80℃下，搅拌反应得到粗产物，其中，X为Cl、
Br或I，将所述粗产物洗涤，干燥后得到具有如下结构通式的烷基哌啶卤化物：
其中，n为2、3或4，X-为Cl-、Br-或I-；
按照摩尔比1:1~1.1将所述烷基哌啶卤化物和具有通式M+Y-的盐在室温下
加入去离子水中，其中M+为Na+、K+或NH4+，Y-为BF4-、PF6-、(FSO2)2N-、
(CF3SO2)2N-或CF3SO3-，搅拌发生离子交换反应，分离提纯后得到具有如下结构
通式的哌啶类离子液体：
其中，n为2、3或4，Y-为BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-。
3.根据权利要求2所述的哌啶类离子液体的制备方法，其特征在于，所述
将所述粗产物洗涤的操作中，所述洗涤的溶剂为乙酸乙酯。
4.根据权利要求2所述的哌啶类离子液体的制备方法，其特征在于，所述
烷基哌啶卤化物和具有通式M+Y-的盐的摩尔比为1∶1.05。
5.根据权利要求2所述的哌啶类离子液体的制备方法，其特征在于，所述
分离提纯包括如下操作：将得到的所述哌啶类离子液体用二氯甲烷萃取，然后<...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，刘大喜，王要兵，袁新生，
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：