本发明专利技术涉及一种离子液体的制备方法，特别涉及一种一步法合成季铵或季鏻化合物的方法。该方法将氮化合物或者含磷化合物与质子化合物、碳酸酯一起加入反应器中一步反应合成相应的季铵盐或者季鏻盐离子液体，即“一锅法”反应，是涉及三种反应物的一步反应。本发明专利技术还提供了一种含有由上述制备方法制备的离子液体的锂离子二次电池。本发明专利技术的离子液体制备方法可以拓宽离子液体制备原料的选择范围，进而拓宽了合成的离子液体种类，该制备方法中原料无毒无害、反应条件温和，对生产设备要求不高，生产成本低，适用于绿色工业和大工业化生产需求。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种离子液体的制备方法，特别涉及一种一步法合成季铵或季鏻化合物的方法。该方法将氮化合物或者含磷化合物与质子化合物、碳酸酯一起加入反应器中一步反应合成相应的季铵盐或者季鏻盐离子液体，即“一锅法”反应，是涉及三种反应物的一步反应。本专利技术还提供了一种含有由上述制备方法制备的离子液体的锂离子二次电池。本专利技术的离子液体制备方法可以拓宽离子液体制备原料的选择范围，进而拓宽了合成的离子液体种类，该制备方法中原料无毒无害、反应条件温和，对生产设备要求不高，生产成本低，适用于绿色工业和大工业化生产需求。【专利说明】离子液体的制备方法及二次电池
本专利技术设及一种离子液体的制备方法，特别设及一种一步法合成季锭或季鱗化合 物的方法。
技术介绍
离子液体（ionic liquid)是完全由离子组成的液态物质，在室溫或低溫 (-97°C~100°C)下为液体，因此又称室溫/低溫烙融盐（room/low temperature molten salt),或称液体有机盐（liquid organic salt)。离子液体的种类很多，根据有机阳离子的 不同，可W将离子液体分为季锭盐类、季鱗盐类、含氮杂环鐵盐类等，含氮杂环型离子液体 包括咪挫鐵盐类、化晚鐵盐类、赃晚盐类、化咯烧盐类等。组成离子液体的阴离子种类繁多， 无机阴离子包括 F、C1、化、I、N03、C032、PFe、BF4、C2042、S042、P043 ,AlzCly 等，有机阴离 子包括 CH3COO、CF3SO3、C4H9SO3、CF3COO、N (FS02) 2、N (CF3SO2) 2、N (C2F5SO2) 2、N (C4F9SO2) 2、 則师35〇2)佑4。95〇2)]、(：师35〇2)3等。从理论上讲，离子液体的种类可^有1〇18种之多。几 种常见的亚胺型离子液体的阳离子和阴离子的结构如下所示： 20世纪70年代，美国科学家化hn S. Wilks首次把离子液体应用于电池体系。 20世纪90年代W来，人们对离子液体在裡离子二次电池的应用展开了深入研究，离子液 体作为电解质溶剂用于裡离子二次电池的可行性和优越性日益受到业内专家的认可和重 视。相比目前广泛使用的碳酸醋类有机溶剂，离子液体用作裡离子二次电池的电解质溶剂 具有优势：（1)液程溫度范围宽，例如普遍用于裡离子二次电池的电解质溶剂碳酸二甲醋 值MC)，其液态范围比较窄，为2°C~90°C，大部分离子液体的液态上限溫度可W达到大约 300°C (分解溫度），甚至某些离子液体的液态范围宽至-70°C~400°C，扩大了裡离子二次 电池的使用溫度范围（比如向高溫延伸）；(2)离子液体是离子性物质，溶解离子化合物能 力强，且浓度可调控，几种常见裡盐如LiPFe、LiBF4、LiCFsSOs、LiN(SO2CF3) 2等在相应的离子 液体中均可溶解，并且能够达到较高的浓度，可W满足裡离子二次电池用作动力电池时对 电解质中裡离子浓度的要求；（3)导电性良好，不含裡盐的条件下，其本身的电导率也可W 达到1~IOmS ? cm 1级别；(4)稳定性好，离子液体具有较好的热稳定性和化学稳定性，大 多数离子液体的分解溫度在40(TC W上，化学稳定性体现在离子液体在一般条件下与常用 的裡离子二次电池电极材料如^化?〇4心(：〇〇2心4叫〇12、石墨等不起化学反应；妨离子液 体即使在大于l〇〇°C溫度下也无显著蒸汽压，当电池在高溫环境下运行时，电池内不会产生 过高气压而使电池发生形变，例如应用于侣塑膜软包电池，不易造成"鼓包"现象；（6)无闪 点，燃点高，某些离子液体即使用明火也很难点燃，目前使用的碳酸醋溶剂易燃、易爆，应用 于裡离子二次电池存在安全隐患，离子液体有望解决裡离子二次电池的安全性问题。 目前，作为电解质溶剂应用于裡离子二次电池的离子液体主要有阴离子为四氣 棚酸根度FJ、六氣憐酸根（PFJ、=氣甲基横酸根（CF3SO3)、二氣甲基横酷）亚胺 (N(CF3S02)2)等的季锭盐类、赃晚盐类、化咯烧盐类、咪挫鐵盐类、化晚鐵盐类离子液体。不 同阴阳离子的组合对离子液体电解质的物理和化学性质影响很大，并直接影响裡离子二次 电池的性能发挥。近年来，众多研究表明阴离子是亚胺离子的离子液体往往具有更低的烙 点，与多种阳离子结合可W形成烙点低于零度的烙盐，拓宽了阳离子的选择范围，使具有更 高电化学稳定性的季锭阳离子、赃晚阳离子、化咯烧阳离子得W应用于裡离子二次电池系 统。例如N-甲基-N-下基赃晚二氣甲基横酷）亚胺盐肿13-TFSI]的烙点为-18°C， 被用于Li/LiCo〇2电池系统表现优异，正极的比容量可W发挥至ISOmAh ? g 1，库仑效率可 W达到100%，循环数十周无明显衰减（许金强等，《化学学报》第63卷18期1733页）； 苏州大学郑洪河研究小组发现N，N，N-S甲基-N-己基二（S氣甲基横酷）亚胺季锭盐应 用于硬碳为负极的裡离子二次电池，即使在80°C高溫下电池也充放电正常，离子液体阳离 子在硬碳负极不发生嵌入及脱嵌行为，他们认为该离子液体与硬碳结合具有应用前景巧SC Adv. ,2012, 2,4904-4912)0 离子液体的传统生产工艺，W季锭盐为例，是采用叔胺与面代烧进行烷基化反应 的方法，其反应如下式所示： R1R2R3N+R4X ^ 1 (1) 例如，通过=下基叔胺与舰甲烧反应可制得=下基甲基舰化锭： (C4H9) 3N+CH3I ^ "I 似 制备氮元素上至少取代有一个甲基的季锭盐，也可W用硫酸二甲醋作烷基化试 剂，如下式所示： R1R2R3N+ (CHs) 2S04^ "CH3SO4 (3) 叔胺与硫酸二甲醋较易反应，收率高，但使用硫酸二甲醋的缺点是其剧毒、有致癌 作用。上述工艺路线的最大不足之处是只能制备某几种季锭盐，例如根据面代烧控季锭化 反应的方法，只能制备阴离子是Cl、化、I的季锭盐；根据硫酸二甲醋季锭化反应的方法， 只能制备阴离子是CH3S04的季锭盐。如需要制备阴离子是其它离子的季锭盐时，只能通过 离子交换反应来实现，如通过式（4)和式（5)所示的离子交换反应来实现： 1 +H"A ^ "A +H"X (4) I +M"A ^ "A +M"X (5)[001引例如，制备阴离子是S042的季锭盐[R1R2R3R4門22+S042，一般先经由式（I)合成氯化 季锭盐，然后再经由式（4)使氯化季锭盐与硫酸反应，利用氨氯酸易挥发的特点除去氨氯 酸，使反应（4)平衡向右移动，从而达到最大限度的离子交换。又如制备阴离子是BFa的季 锭盐[R1R2R3R乃+BFa，同理先经由式（1)合成相应的面化季锭盐，然后经由式（5)使面化季 锭盐与金属无机盐如NaBF4在有机溶剂如丙酬中反应，利用金属面化物在有机溶剂中溶解 度小的特点使面离子W沉淀形式析出W实现离子交换的目的。显然，式（4)和式（5)都是 平衡反应，都存在反应不彻底的现象，最终产品中不可避免地会残留面素离子。即使利用银 盐如A浊F4,使反应（5)可在水溶液中进行，且可W反应完全，但成本过高。 一方面，由于面素阴离子如Cl、化、I等稳定性较差，易被氧化而释放出有毒害 性、腐蚀性的面素单本文档来自技高网...
【技术保护点】
离子液体的制备方法，其特征在于：由含氮化合物或含磷化合物、质子化合物与碳酸酯通过一步反应合成离子液体；所述含氮化合物选自氨气(NH3)、伯胺(RNH2)、仲胺(R1R2NH)及叔胺(R1R2R3N)中至少一种；所述含磷化合物选自磷化氢(PH3)、伯膦(RPH2)、仲膦(R1R2PH)及叔膦(R1R2R3P)中至少一种；其中，R1、R2、R3分别独立的选自氢、烷基、烯基、炔基、苯基或芳基；或R1、R2、R3分别独立的选自含硼、硅、氮、磷、氧、硫、氟、氯、溴及碘中至少一种元素的有机基团；所述R1、R2、R3为独立取代基团；或所述R1、R2、R3为相邻基团联合成环。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑卓群，申大卫，邱建，聂云华，赵晓珍，李丹祎，
申请(专利权)人：微宏动力系统湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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