一种环状季铵盐电解质、其制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种环状季铵盐电解质、其制备方法及应用，其通过将无机碱水溶液、有机仲胺和二卤代烷，反应得到卤化环状季铵盐反应液；将卤化环状季铵盐反应液脱水得到固体粉末混合物；将固体粉末混合物，溶解于无水有机溶剂中，然后过滤得到卤化环状季铵盐的有机溶液；向卤化环状季铵盐的有机溶液中加入高纯酸的铵盐，进行回流反应，然后经过滤、重结晶、过滤、真空干燥，得到环状季铵盐电解质。本发明专利技术的原料价格低廉，反应的环化选择性高，纯化方法简单易行、效率高、成本低，且对设备的要求低，易于工业化生产，并且本发明专利技术制得的环状季铵盐电解质的卤素含量低，纯度可达99%以上，收率可达90%以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术具体涉及。
技术介绍
超级电容器是近年来随着材料科学的突破而出现的一种介于传统电容器与电池 之间的新型绿色环保物理储能器件，是物理储能中最具发展前景的一种技术装置，是对其 他电化学储能技术的良好补充。其最大优点是，可短时间大功率输出，功率密度远高于锂电 池，充放电循环次数可达50万次以上，寿命可达10年以上，充电时间短，可大电流充放电。广 泛应用于新能源汽车、新能源发电、工程机械、轨道交通、升降设备和军事装备等领域。 超级电容器的核心材料是其电解质，目前商业化的电解质主要有：四乙基四氟硼 酸铵、三乙基甲基四氟硼酸铵等电解质。然而由于这些电解质材料配制的电解液内阻较大、 低温析出性能较差，所以对电解质提出了更高的要求来解决其内阻和低温性能。而利用环 化的季铵盐作为电解质，能够有效减少分子的半径和空间位阻，提高其电解液的电导、溶解 度，降低其电解液内阻，改善低温性能。 现有技术中的环状季铵盐类化合物的合成是以氢氧化钠、碳酸氢钠等为碱，在不 同的介质中由仲胺与二卤代烷进行反应，然后经后处理提纯制得，但是，该后处理比较复 杂。通常采用层析柱或者离子交换法进行提纯。层析柱处理能力小，容易饱和，需要经常更 换或者进行活化处理，而活化处理需要消耗大量溶剂和能源，因此，采用层析柱进行提纯存 在效率低和成本高的问题。而采用离子交换法提纯的溶剂无法回用，也存在成本高的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种产品纯度高、收率高且生产成本低的环状 季铵盐电解质及其制备方法，由该环状季铵盐电解质制成的电解液具有电导高、低温析出 性能优异的特点。 为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是： -种环状季铵盐电解质的制备方法，包括如下步骤： 步骤（1)、将无机碱水溶液、有机仲胺和二卤代烷，在80~130°C、0.1~2MPa下反应 8~1Oh得到卤化环状季铵盐反应液； 步骤(2)、将步骤（1)得到的卤化环状季铵盐反应液在60~130°C下进行脱水得到 固体粉末混合物； 步骤(3)、将步骤(2)得到的固体粉末混合物，溶解于无水有机溶剂中，然后过滤得 到卤化环状季铵盐的有机溶液； 步骤(4)、向步骤(3)得到的卤化环状季铵盐的有机溶液中加入高纯酸的铵盐，进 行回流反应8~10h，然后经过滤、重结晶、过滤、真空干燥，得到所述的环状季铵盐电解质。 优选地，步骤（1)中，所述的无机碱水溶液中的无机碱为选自：氢氧化钠、氢氧化 钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠中的任意一种或几种，所述的无机碱水溶液的质量浓度为10 ~20%〇 优选地，步骤（1)中，所述的有机仲胺为选自二甲胺、二乙胺、二丙胺、二丁胺、Ν-乙 基甲基胺、Ν-甲基正丙胺、Ν-甲基正丁胺、Ν-乙基正丙胺、Ν-乙基正丁胺、Ν-丙基丁胺中的任 意一种或几种。 进一步优选地，步骤（1)中，所述的有机仲胺为选自二甲胺、二乙胺、Ν-乙基甲基 胺、Ν-甲基正丙胺或Ν-甲基正丁胺。 优选地，步骤（1)中，所述的二卤代烷为选自1，4-二氯丁烷、1，5-二氯戊烷、1，6-二 氯己烷、1，4-二溴丁烷、1，5-二溴戊烷、1，6-二溴己烷中的任意一种或几种。进一步优选地，步骤（1)中，所述的二卤代烷为选自1，4_二氯丁烷或1，5_二氯戊 烷。优选地，步骤（1)中，所述的无机碱水溶液中的无机碱、有机仲胺和二卤代烷的投 料摩尔比为0.5~1.05:1~1.1:1。 优选地，步骤(1)中的反应温度为80~100°C，反应压力为0.1~IMPa。 优选地，步骤(2)中，在100~120°C下进行脱水。优选地，步骤（3)中，所述的无水有机溶剂为选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、乙 腈、丙腈、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、N，N-二甲基甲酰胺中的任意一种或几种。 进一步优选地，步骤(3)中，所述的无水有机溶剂为选自乙醇、乙腈或乙酸乙酯。 优选地，步骤(3)中，所述的固体粉末混合物和所述的无水有机溶剂的投料质量比 为 1:1 ~1.1〇优选地，步骤(4)中，所述的高纯酸的铵盐为四氟硼酸铵，所述的四氟硼酸铵与所 述的卤化环状季铵盐的投料摩尔比为1~1.05:1。优选地，步骤(4)的【具体实施方式】为：向步骤(3)得到的卤化环状季铵盐的有机溶 液中加入所述的高纯酸的铵盐，然后在95~130°C条件下进行回流反应8~10小时，冷却至 20~30°C之后过滤，得到环状季铵盐的有机溶液，将所述的环状季铵盐的有机溶液在-15 ~_25°C条件下进行结晶、过滤得到高纯度环状季铵盐晶体，将所述的高纯度环状季铵盐晶 体在115~125°C条件下真空干燥8~10小时，得到所述的环状季铵盐电解质。 -种所述的制备方法制得的环状季铵盐电解质，所述的环状季铵盐电解质的结构其中，办士独立地表示碳原子数为1~4的烷基;η为1~3的整数。 -种电解液，包括电解质和溶剂，所述的电解质为所述的环状季铵盐电解质，所述 的溶剂为选自乙腈、甲氧基丙腈、丁二腈、正丁腈、戊二腈、戊腈、异戊腈、碳酸乙烯酯、碳酸 丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、环丁砜中的任意一种或多种的组合。优选地，所述的溶剂为乙腈或碳酸丙烯酯。优选地，所述的电解液中电解质的浓度为0.8~1.2mo1/L。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术的原料价格低廉，反应的环化选择性高，纯化方法简单易行、效率高、成本 低，且对设备的要求低，易于工业化生产，并且本专利技术制得的环状季铵盐电解质的卤素含量 低，纯度可达99%以上，收率可达90%以上。此外，通过采用结晶法进行纯化，有机溶剂能够 循环使用，进一步降低生产成本，也更加环保。由此环状季铵盐电解质配置的电解液的电导 高，低温析出性能优异，可广泛应用于储能器件中，尤其是超级电容器中。【具体实施方式】本专利技术的反应方程式为：其中：办、1?2独立地表示碳原子数为1~4的烷基;X表示Cr、Br_、r;n为1~3的整数；Μ表示碱或碱土金属;A表示氢氧根或者碳酸根。下面结合实施例对本专利技术所述的技术方案作详细说明。 实施例1 -:N，N-二甲基吡咯烷鑰四氟硼酸盐的制备 (1)、先将20(^氢氧化钠加入13338高纯水中配制成浓度为13%的氢氧化钠水溶 液，并吸入5L不锈钢高压反应釜中，然后在搅拌的状态下吸入1，4二氯丁烷630g，最后通入 二甲胺236.5g;将反应液搅拌30min至均匀，开启电加热升温至90°C反应10小时，反应过程 中控制压力为〇.IMPa~1 .OMPa;回复常温后放出合成反应液2388g; (2)、将上述合成反应液在旋转蒸发仪上110°C条件下真空脱水至粉末固体混合物 968g;(3)、向上述固体混合物中加入968g无水乙醇，搅拌60min之后，进行过滤，得到N, N-二甲基吡咯烷鑰氯盐的乙醇溶液1600g; (4)、向上述N，N-二甲基吡咯烷鑰氯盐的乙醇溶液中加入四氟硼酸铵525g，在100 °C条件下进行回流反应8小时，冷却至25°C之后过滤，得到N，N-二甲基吡咯烷鑰四氟硼酸盐 的乙醇溶液； (5)、将上述N，N-二甲基吡咯烷鑰四氟硼酸盐的乙醇溶液在低温_20°C条件下进行 结晶，然后过滤得到高纯度N，N_二甲基吡咯烷鑰四氟硼酸盐晶体，滤液经回收后用作下一 批N，N-二甲基吡咯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环状季铵盐电解质的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤（1）、将无机碱水溶液、有机仲胺和二卤代烷，在80~130℃、0.1~2MPa下反应8~10h得到卤化环状季铵盐反应液；步骤（2）、将步骤（1）得到的卤化环状季铵盐反应液在60~130℃下进行脱水得到固体粉末混合物；步骤（3）、将步骤（2）得到的固体粉末混合物，溶解于无水有机溶剂中，然后过滤得到卤化环状季铵盐的有机溶液；步骤（4）、向步骤（3）得到的卤化环状季铵盐的有机溶液中加入高纯酸的铵盐，进行回流反应8~10h，然后经过滤、重结晶、过滤、真空干燥，得到所述的环状季铵盐电解质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹凯，何永刚，熊鲲，任齐都，蒋桥龙，李建中，
申请(专利权)人：江苏国泰超威新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32