CN103788002A - 唑烷类离子液体、离子液体电解液及制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种唑烷类离子液体，该唑烷类离子液体具有如下结构式：其中，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4；Y-为BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-或CF3SO3 -。上述唑烷类离子液体较传统的烷基唑烷类离子液体的熔点更低；而且甲氧基烷基的引入使得上述唑烷类离子液体具有功能化的醚键，能增加上述唑烷类离子液体对相应物质的溶解能力；同时上述唑烷类离子液体还具有离子液体共有的优点。本发明还提供了一种唑烷类离子液体的制备方法，该制备方法工艺简单、反应易于控制、产物收率较高、适于工业化生产。此外，唑烷类离子液体具有优良的电化学性能，能用于制备锂离子电池的电解液。

Description

唑烷类离子液体、离子液体电解液及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及离子液体技术领域，特别是涉及一种唑烷类离子液体、离子液体电解液及制备方法和应用。
背景技术
离子液体（Ionic liquids）是指在室温范围内（一般为100℃以下）呈液态，由有机阳离子和无机阴离子构成的离子化合物。早在1914年，人们就发现了第一种离子液体—硝基乙胺，但其后离子液体的研究进展缓慢，直到1992年，Wikes领导的研究小组合成了具有低熔点、抗水解、稳定性强等优点的离子液体—1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[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。
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）具有较大的稳定温度范围，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。
最初的离子液体主要用于电化学研究，随着科技的发展离子液体作为一类新型绿色溶剂、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。但是不同领域对离子液体的要求有所不同，为满足各个领域的要求，研究者的工作主要集中在合成新型离子液体和对合成的新型离子液体的应用等方面。传统的用于电化学领域的离子液体普遍存在比容量和电导率不高的问题，限制了其进一步应用。
发明内容
基于此，有必要提供一种比容量和电导率较高的唑烷类离子液体及其制备方法。
一种唑烷类离子液体，具有如下结构式：
Figure BDA00002342016300021
其中，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4；Y-为BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-或CF3SO3 -。
一种唑烷类离子液体的制备方法，包括如下步骤：
在保护气体氛围下，按照N-甲基唑烷与卤代烷的摩尔比为1∶1.05~1:1.2的比例，将N-甲基唑烷与卤代烷在60~80℃下搅拌反应，得到具有如下结构式的N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物：
Figure BDA00002342016300022
其中，RX为所述卤代烷，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4，X为卤素；
将所述N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物与无机盐及去离子水在室温下搅拌反应，得到具有如下结构式的所述离子液体：
Figure BDA00002342016300023
其中，MY为所述无机盐，M+为Na+、K+或NH4 +，Y-为BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-或CF3SO3 -，所述N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物与所述无机盐的摩尔比为1:1~1:1.1，所述N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物的摩尔量与所述去离子水的体积比为1mol:200~300mL。
在其中一个实施例中，所述N-甲基唑烷与所述卤代烷的摩尔比为1:1.2。
在其中一个实施例中，所述N-甲氧基烷基唑烷卤化物与所述无机盐的摩尔比为1:1.05。
在其中一个实施例中，还包括在将所述N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物与无机盐及去离子水在室温下搅拌反应后对离子液体进行分离纯化的步骤，所述分离纯化的过程包括如下步骤：
将反应后得到的混合液用二氯甲烷萃取多次，合并萃取液后，再用去离子水对合并的萃取液进行反萃直至用Ag+滴定检测无沉淀产生，收集二氯甲烷相；
对所述二氯甲烷相进行旋转蒸发处理除去二氯甲烷，干燥后即得到纯化的所述唑烷类离子液体。
上述唑烷类离子液体的有机阳离子为N-甲氧基烷基N-甲基唑烷离子，相对于传统的唑烷类离子液体，在碳原子数目相同的情况下，甲氧基烷基的引入增加了唑烷类离子液体的有机阳离子的结构的不对称性，使阴阳离子不能规则地堆积成晶体，从而削弱阴阳离子间的作用力，熔点也随之下降，因此，上述唑烷类离子液体较传统的烷基唑烷类离子液体的熔点更低；而且甲氧基烷基的引入使得上述唑烷类离子液体具有功能化的醚键，能增加上述唑烷类离子液体对物质的溶解能力。同时上述唑烷类离子液体还具有离子液体共有的优点，如液体状态温度范围宽，蒸汽压低、不易挥发，较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口，对大量的无机和有机物质具有良好的溶解能力，并具有溶剂和催化剂的双重功能，可作为许多化学反应的溶剂或催化活性载体等。通过性能检测，上述唑烷类离子液体具有比传统离子液体更高的电导率和比容量。
上述唑烷类离子液体的制备方法，首先通过N-甲基唑烷和卤代烷反应制备出N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物，然后将含有目标阴离子的无机盐和N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物进行离子交换反应，纯化干燥离子交换反应后的产物，即得到唑烷类离子液体。上述方法工艺简单、反应易于控制、产物收率较高（80%-83%）、适于工业化生产，制备得到的唑烷类离子液体具有优良的电化学性能，能应用于超级电容器、锂离子电池等领域。
此外，还有必要提供一种具有较高的电导率和比容量的离子液体电解液及其制备方法。
一种离子液体电解液，包括分散在有机溶剂中的离子液体及锂盐；所述离子液体与所述有机溶剂的质量比为1:10~1:1，所述锂盐与所述有机溶剂的质量比为1:20~1:10；其中，所述离子液体为唑烷类离子液体，具有如下结构式：
Figure BDA00002342016300041
R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4；Y-为BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-或CF3SO3 -；
所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯的混合液，其中，碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯的体积比为1~3:3~7:1；
所述锂盐为LiBF4、LiPF6、LiSO3CF3或LiTFSI。
一种离子液体电解液的制备方法，包括如下步骤：
在保护气体氛围下，按照N-甲基唑烷与卤代烷的摩尔比为1∶1.05~1:1.2的比例，将N-甲基唑烷与卤代烷在60~80℃下搅拌反应，得到如下结构式的N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物，
其中，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4，X为卤素；
按照摩尔比为1:1~1:1.1，将所述N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物与无机盐M+Y-及去离子水在室温下搅拌反应，得到具有如下结构式的N-甲基唑烷类离子液体：
Figure BDA00002342016300043
其中，M+为Na+、K+或NH4 +，Y-为BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-或CF3SO3 -，所述N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物的摩尔量与所述去离子水的体积比为1mol:200~300mL；
按照碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯的体积比为1~3:3~7:1的比例将所述碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯混合制备有机溶剂；
按照所述唑烷类离子液体与所述有机溶剂的质量比为1:10~1:1的比例向所述有机溶剂中加入唑烷类离子液体，搅拌混合均匀后再按照有机溶剂与锂盐的质量比为10:1~20:1的比例向所述有机溶剂中加入锂盐，继续搅拌至锂盐完全溶解，得到所述离子液体电解液，其中，所述锂盐为LiBF4、LiPF6、LiSO3CF3或LiTFSI。
在其中一个实施例中，所述N-甲基唑烷与所述卤代烷的摩尔比为1:1.2。
在其中一个实施例中，所述N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物与所述无机盐的摩尔比为1:1.05。
上述离子液体电解液与传统的锂离子电池电解液相比，由于添加了大量的离子液体，能大大提高电解液的稳定性，从而提高电池的安全性能；而且上述离子液体电解液可应用到锂离子电池中作为电解液，具有优良的电化学性能。
上述离子液体电解液的制备方法工艺简单、反应易于控制、适于工业化生产，制备得到的离子液体电解液具有优良的电化学性能、稳定性高、安全性好，能应用于超级电容器、锂离子电池等领域。
附图说明
图1为一实施方式的唑烷类离子液体的制备方法的流程图；
图2为一实施方式的离子液体电解液的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对唑烷类离子液体、离子液体电解液及制备方法和应用进行进一步的说明。
一实施方式的唑烷类离子液体，具有如下结构式：
Figure BDA00002342016300061
其中，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4；Y-为BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-或CF3SO3 -。
该唑烷类离子液体的有机阳离子为N-甲氧基烷基N-甲基唑烷离子，相对于传统的唑烷类离子液体，在碳原子数目相同的情况下，甲氧基烷基的引入增加了唑烷类离子液体的有机阳离子的结构的不对称性，使阴阳离子不能规则地堆积成晶体，从而削弱阴阳离子间的作用力，熔点也随之下降，因此，上述唑烷类离子液体较传统的烷基唑烷类离子液体的熔点更低。而且甲氧基烷基的引入使得上述唑烷类离子液体具有功能化的醚键，能增加上述唑烷类离子液体对物质的溶解能力。同时上述唑烷类离子液体还具有离子液体共有的优点，如液体状态温度范围宽，蒸汽压低、不易挥发，较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口，对大量的无机和有机物质具有良好的溶解能力，并具有溶剂和催化剂的双重功能，可作为许多化学反应的溶剂或催化活性载体等。通过性能检测，上述唑烷类离子液体具有比传统离子液体更高的电导率和比容量。
此外，本实施方式还提供了一种唑烷类离子液体的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S110，在保护气体氛围下，按照N-甲基唑烷与卤代烷的摩尔比为1∶1.05~1∶1.2的比例，将N-甲基唑烷与卤代烷在60~80℃下搅拌反应，得到具有如下结构式的N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物：
Figure BDA00002342016300062
其中，RX为卤代烷，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4，X为卤素。
得到的含有产物N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物可以用乙酸乙酯洗涤2~3次后，在80℃真空下干燥，得到纯化的N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物。
在其他优选的实施方式中，N-甲基唑烷与卤代烷的摩尔比为1∶1.2。
步骤S120，将N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物与无机盐及去离子水在室温下搅拌反应，得到具有如下结构式的离子液体：
Figure BDA00002342016300071
其中，MY为无机盐，M+为Na+、K+或NH4 +，Y-为BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-或CF3SO3 -，N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物与无机盐的摩尔比为1∶1~1∶1.1，N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物的摩尔量与去离子水的体积比为1mol:200~300mL。
此外，该唑烷类离子液体的制备方法还包括在将N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物与无机盐及去离子水在室温下搅拌反应后对离子液体进行分离纯化的步骤。该分离纯化的过程包括如下步骤：
将反应后得到的混合液用二氯甲烷萃取多次，合并萃取液后，再用去离子水对合并的萃取液进行反萃直至用Ag+滴定检测无沉淀产生，收集二氯甲烷相，其中Ag+滴定检测可以使用硝酸盐等可水溶性的银盐；
对二氯甲烷相进行旋转蒸发处理除去二氯甲烷，干燥后即得到纯化的唑烷类离子液体。
在其他优选的实施方式中，N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物与无机盐的摩尔比为1:1.05。
该唑烷类离子液体的制备方法，首先通过N-甲基唑烷和卤代烷反应制备出N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物，然后将含有目标阴离子的无机盐和N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物进行离子交换反应，纯化干燥离子交换反应后的产物，即得到唑烷类离子液体。上述方法工艺简单、反应易于控制、产物收率较高（80%-83%）、适于工业化生产，制备得到的唑烷类离子液体具有优良的电化学性能，能应用于超级电容器、锂离子电池等领域。
此外，本实施方式还提供了一种具有较高的电导率和比容量的离子液体电解液及其制备方法。
该离子液体电解液包括分散在有机溶剂中的离子液体及锂盐。其中，离子液体为上述唑烷类离子液体。有机溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）及碳酸二乙酯（DEC）的混合液，其中，碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯的体积比为1~3:3~7:1。锂盐为LiBF4、LiPF6、LiSO3CF3或LiTFSI。离子液体与有机溶剂的质量比为1∶10~1:1，锂盐与有机溶剂的质量比为1:20~1∶10。
该离子液体电解液与传统的锂离子电池电解液相比，由于添加了大量的离子液体，能大大提高电解液的稳定性，从而提高电池的安全性能；而且上述离子液体电解液应用到锂离子电池中具有优良的电化学性能。
该离子液体电解液的制备方法，如图2所示，包括如下步骤：
步骤S210，制备上述唑烷类离子液体。
步骤S220，按照碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯的体积比为1~3:3~7:1的比例将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯混合制备有机溶剂。
步骤S230，按照唑烷类离子液体与有机溶剂的质量比为1:10~1:1的比例向有机溶剂中加入唑烷类离子液体，搅拌混合均匀后再按照有机溶剂与锂盐的质量比为10:1~20:1的比例向有机溶剂中加入锂盐，继续搅拌至锂盐完全溶解，得到离子液体电解液。其中，锂盐为LiBF4、LiPF6、LiSO3CF3或LiTFSI。
该离子液体电解液的制备方法工艺简单、反应易于控制、适于工业化生产，制备得到的离子液体电解液具有优良的电化学性能、稳定性高、安全性好，能应用于超级电容器、锂离子电池等领域。
下面结合具体实施例来说明对唑烷类离子液体及其制备方法和应用，以及其性能等方面的测试。
实施例1
在250mL的烧瓶中分别加入1molN-甲基唑烷和1.1mol甲氧基氯乙烷，得到混合物；在N2氛围的保护下，将上述混合物于70℃条件下搅拌反应40小时，得到反应产物；将上述反应产物静置冷却至室温，然后用乙酸乙酯洗涤三次；将经乙酸乙酯洗涤后的反应产物置于80℃下真空干燥，得到浅黄色的固体，即为N-甲氧基乙基N-甲基唑烷氯盐；计算收率，收率为80%。
在250mL烧瓶中加入0.53mol NaBF4、130mL去离子水及0.5mol上述制备得到的N-甲氧基乙基N-甲基唑烷氯盐，得到混合液；将上述混合液于室温条件下搅拌反8小时，得到反应后的溶液；用250mL二氯甲烷分3次萃取反应后的溶液，合并萃取相，然后用60mL的去离子水反萃多次，直至用饱和的AgNO3水溶液滴定水相检测无沉淀产生位置，收集二氯甲烷相，用旋转蒸发仪浓缩该二氯甲烷相，再将浓缩后得到产物置于80℃下真空干燥48小时，即得到无色的N-甲氧基乙基N-甲基唑烷四氟硼酸盐。
在N2氛围保护下，往10g上述制备得到N-甲氧基乙基N-甲基唑烷四氟硼酸盐中加入50g有机溶剂，得到混合物；并将上述混合物在搅拌的条件下加热至40℃，得到混合均匀的有机相；然后往混合均匀的有机相中加入3.5g LiBF4，继续搅拌直至锂盐完全溶解，即得到离子液体电解液，其中，有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯以体积比为2:5:1的比例混合得到的。
实施例2
在250mL的烧瓶中分别加入1molN-甲基唑烷和1.05mol甲氧基溴丙烷，得到混合物；在Ar氛围的保护下，将上述混合物于60℃条件下搅拌反应60小时，得到反应产物；将上述反应产物静置冷却至室温，然后用乙酸乙酯洗涤三次；将经乙酸乙酯洗涤后的反应产物置于80℃下真空干燥，得到浅黄色的固体，即为N-甲氧基丙基N-甲基唑烷溴盐；计算收率，收率为81%。
在250mL烧瓶中加入0.5mol KPF6、100mL去离子水及0.5mol上述制备得到的N-甲氧基丙基N-甲基唑烷溴盐，得到混合液；将上述混合液于室温条件下搅拌反20小时，得到反应后的溶液；用250mL二氯甲烷分3次萃取反应后的溶液，合并萃取相，然后用60mL的去离子水反萃多次，直至用饱和的AgNO3水溶液滴定水相检测无沉淀产生位置，收集二氯甲烷相，用旋转蒸发仪浓缩该二氯甲烷相，再将浓缩后得到产物置于80℃下真空干燥48小时，即得到无色的N-甲氧基丙基N-甲基唑烷六氟磷酸盐。
在Ar氛围保护下，往10g上述制备得到N-甲氧基丙基N-甲基唑烷六氟磷酸盐中加入10g有机溶剂，得到混合物；并将上述混合物在搅拌的条件下加热至40℃，得到混合均匀的有机相；然后往混合均匀的有机相中加入1.0g LiPF6，继续搅拌直至锂盐完全溶解，即得到离子液体电解液，其中，有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯以体积比为1:3:1的比例混合得到的。
实施例3
在250mL的烧瓶中分别加入1molN-甲基唑烷和1.2mol甲氧基碘丁烷，得到混合物；在N2氛围的保护下，将上述混合物于80℃条件下搅拌反应20小时，得到反应产物；将上述反应产物静置冷却至室温，然后用乙酸乙酯洗涤三次；将经乙酸乙酯洗涤后的反应产物置于80℃下真空干燥，得到浅黄色的固体，即为N-甲氧基丁基N-甲基唑烷碘盐；计算收率，收率为83%。
在250mL烧瓶中加入0.55mol(CF3SO2)2NK、150mL去离子水及0.5mol上述制备得到的N-甲氧基丁基N-甲基唑烷碘盐，得到混合液；将上述混合液于室温条件下搅拌反5小时，得到反应后的溶液；用250mL二氯甲烷分3次萃取反应后的溶液，合并萃取相，然后用60mL的去离子水反萃多次，直至用饱和的AgNO3水溶液滴定水相检测无沉淀产生位置，收集二氯甲烷相，用旋转蒸发仪浓缩该二氯甲烷相，再将浓缩后得到产物置于80℃下真空干燥48小时，即得到无色的N-甲氧基丁基N-甲基唑烷三氟甲磺酰亚胺盐。
在N2氛围保护下，往10g上述制备得到N-甲氧基丁基N-甲基唑烷三氟甲磺酰亚胺盐中加入100g有机溶剂，得到混合物；并将上述混合物在搅拌的条件下加热至40℃，得到混合均匀的有机相；然后往混合均匀的有机相中加入5gLiTFSI，继续搅拌直至锂盐完全溶解，即得到离子液体电解液，其中，有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯以体积比为3:7:1的比例混合得到的。
实施例4
在250mL的烧瓶中分别加入1molN-甲基唑烷和1.1mol甲氧基氯丙烷，得到混合物；在N2氛围的保护下，将上述混合物于65℃条件下搅拌反应45小时，得到反应产物；将上述反应产物静置冷却至室温，然后用乙酸乙酯洗涤三次；将经乙酸乙酯洗涤后的反应产物置于80℃下真空干燥，得到浅黄色的固体，即为N-甲氧基丙基N-甲基唑烷氯盐；计算收率，收率为82%。
在250mL烧瓶中加入0.52mol CF3SO3NH4、120mL去离子水及0.5mol上述制备得到的N-甲氧基丙基N-甲基唑烷氯盐，得到混合液；将上述混合液于室温条件下搅拌反15小时，得到反应后的溶液；用250mL二氯甲烷分3次萃取反应后的溶液，合并萃取相，然后用60mL的去离子水反萃多次，直至用饱和的AgNO3水溶液滴定水相检测无沉淀产生位置，收集二氯甲烷相，用旋转蒸发仪浓缩该二氯甲烷相，再将浓缩后得到产物置于80℃下真空干燥48小时，即得到无色的N-甲氧基丙基N-甲基唑烷三氟甲磺酸盐。
在Ar氛围保护下，往10g上述制备得到N-甲氧基丙基N-甲基唑烷三氟甲磺酸盐中加入60g有机溶剂，得到混合物；并将上述混合物在搅拌的条件下加热至40℃，得到混合均匀的有机相；然后往混合均匀的有机相中加入3.7gLiSO3CF3，继续搅拌使直至锂盐完全溶解，即得到离子液体电解液，其中，有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯以体积比为1:4:1的比例混合得到的。
对比例
在N2氛围保护下，往50g有机溶剂中加入3.5g LiBF4，得到混合物；并将上述混合物在搅拌的条件下加热至40℃，得到混合均匀的电解液；其中，有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯以体积比为2:5:1的比例混合得到的。
性能测试：
（1）采用DDS-11C电导率仪测试实施例1-4中制备的离子液体电解液的电导率，及对比例中制备的电解液的电导率，电导率数据列于表1。
（2）将实施例1-4中制备的离子液体电解液，及对比例中制备的电解液应用于锂离子电池中，并测试各锂离子电池的比容量，比容量数据列于表1。具体步骤如下：
将称取的9.0g LiFeO4、0.45g乙炔黑、0.45g聚偏氟乙烯(PVDF)及20g N-甲基唑烷烷酮(NMP)混合并充分搅拌，制备得到混合均匀的浆料；将浆料刮涂于经乙醇清洗过的铝箔上，然后将刮涂有浆料的铝箔置于0.01MPa的真空条件下80℃干燥至恒重；将干燥至恒重的刮涂有浆料的铝箔于12MPa压力下辊压制成LiFeO4电极；并将LiFeO4电极切成圆片，作为锂离子电池的正极；选用聚丙烯(PP)作为锂离子电池的隔膜，锂片作为锂离子电池负极；将实施例1-4和对比例中制备好了的电解液置于正负极之间，在冲压机上封口制成扣式电池。然后在2.5~4.2V的电压范围内，利用充放电测试仪对上述组装好的锂离子电池进行0.1C充放电测试。
表1：性能测试数据
  实施例   1   2   3   4   对比例
  电导率(ms/cm)   12   13   10   12   8
  首次放电比容量(mAh/g)   125   109   112   117   100
性能测试数据表明，实施例1-4制备得到的离子液体电解液具有相对优良的电导率；将实施例1-4制备得到的离子液体电解液应用于锂离子电池，同样具有相对优良的比容量。说明实施例1-4制备得到的离子液体电解液具有相对优良的电化学性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种唑烷类离子液体，其特征在于，具有如下结构式：
其中，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4；Y-为BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-或CF3SO3 -。
2.一种唑烷类离子液体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在保护气体氛围下，按照N-甲基唑烷与卤代烷的摩尔比为1∶1.05~1:1.2的比例，将N-甲基唑烷与卤代烷在60~80℃下搅拌反应，得到如下结构式的N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物：
Figure FDA00002342016200012
其中，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4，X为卤素；
按照摩尔比为1:1~1:1.1，将所述N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物与无机盐M+Y-及去离子水在室温下搅拌反应，得到具有如下结构式的唑烷类离子液体：
Figure FDA00002342016200013
其中，M+为Na+、K+或NH4 +，Y-为BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-或CF3SO3 -，所述N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物的摩尔量与所述去离子水的体积比为1mol:200~300mL。
3.如权利要求2所述的唑烷类离子液体的制备方法，其特征在于，所述N-甲基唑烷与所述卤代烷的摩尔比为1∶1.2。
4.如权利要求2所述的唑烷类离子液体的制备方法，其特征在于，所述N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物与所述无机盐的摩尔比为1:1.05。
5.如权利要求2所述的唑烷类离子液体的制备方法，其特征在于，还包括在将所述N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物与无机盐及去离子水在室温下搅拌反应后对离子液体进行分离纯化的步骤，所述分离纯化的过程包括如下步骤：
将反应后得到的混合液用二氯甲烷萃取多次，合并萃取液后，再用去离子水对合并的萃取液进行反萃直至用Ag+滴定检测无沉淀产生，收集二氯甲烷相；
对所述二氯甲烷相进行旋转蒸发处理除去二氯甲烷，干燥后即得到纯化的所述唑烷类离子液体。
6.一种离子液体电解液，其特征在于，包括有机溶剂及分散在所述有机溶剂中的离子液体及锂盐；所述离子液体与所述有机溶剂的质量比为1:10~1∶1，所述锂盐与所述有机溶剂的质量比为1:20~1:10；其中，所述离子液体为唑烷类离子液体，具有如下结构式：
Figure FDA00002342016200021
R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4；Y-为BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-或CF3SO3 -；
所述有机溶剂为由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯组成的混合液，其中，碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯的体积比为1~3:3~7:1；
所述锂盐为LiBF4、LiPF6、LiSO3CF3或LiTFSI。
7.一种离子液体电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在保护气体氛围下，按照N-甲基唑烷与卤代烷的摩尔比为1∶1.05~1:1.2的比例，将N-甲基唑烷与卤代烷在60~80℃下搅拌反应，得到如下结构式的N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物：
其中，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4，X为卤素；
按照摩尔比为1:1~1:1.1，将所述N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物与无机盐M+Y-及去离子水在室温下搅拌反应，得到具有如下结构式的唑烷类离子液体：
Figure FDA00002342016200031
其中，M+为Na+、K+或NH4 +，Y-为BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-，所述N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物的摩尔量与所述去离子水的体积比为1mol:200~300mL；
按照碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯的体积比为1~3:3~7:1的比例将所述碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸二乙酯混合制备有机溶剂；
按照所述唑烷类离子液体与所述有机溶剂的质量比为1:10~1:1的比例向所述有机溶剂中加入唑烷类离子液体，搅拌混合均匀后再按照有机溶剂与锂盐的质量比为10:1~20:1的比例向所述有机溶剂中加入锂盐，继续搅拌至锂盐完全溶解，得到所述离子液体电解液，其中，所述锂盐为LiBF4、LiPF6、LiSO3CF3或LiTFSI。
8.如权利要求7所述的离子液体电解液的制备方法，其特征在于，所述N-甲基唑烷与所述卤代烷的摩尔比为1:1.2。
9.如权利要求7所述的离子液体电解液的制备方法，其特征在于，所述N-甲氧基烷基N-甲基唑烷卤化物与所述无机盐的摩尔比为1:1.05。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的电解液为权利要求6所述的离子液体电解液。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114105907A (zh) * 2021-12-14 2022-03-01 河北工业大学 一种吡咯烷类离子液体及其制备方法和应用

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