CN104321328A - 具有甲硅烷氧基的离子化合物 - Google Patents
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Abstract
本文提供具有连接至其的甲硅烷氧基的离子化合物。本文还提供制备此离子化合物以及包含此离子化合物的电解质、电化学电池和电容器的方法。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2012年4月5日提交的加拿大专利申请CA 2 776 178的权益。上述所有文件通过引用整体并入本文。
发明领域
本发明通常涉及离子化合物和离子液体。更具体地，本发明涉及可以用于电化学电池的带有甲硅烷氧基的离子液体。
发明背景
在现代电化学装置如锂离子电池、电致变色装置和电容器中的电解质由含有导电锂盐(如四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲磺酰基酰胺(bistriflylamide)锂等)的各种有机溶剂制成。此类有机溶剂(如烷基碳酸酯、乙腈、N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯和许多其它有机溶剂)具有严重的缺点。事实上它们可以燃烧，并且在最差的情况下导致过热的装置爆炸并引起火灾。
已尝试通过使用离子液体(IL)作为溶剂来避免有机溶剂的此缺点，如在美国专利号6,365,301和6,365,068、美国专利申请号2008/0266642和2009/0045373以及PCT公开号WO 2009/013046中的实施例所述。
然而现有的离子液体不能解决与生产电化学装置(尤其是高功率锂或锂离子电池)有关的所有问题。在电池中，使用几种电极材料，因此与这些材料一起使用的溶剂或电解质应呈现高热、电化学和化学稳定性。
包括环状类似物如哌啶鎓(piperidinium)、吗啉鎓(morpholinium)、吡咯烷鎓(pyrrolidinium)和氮杂环庚烷鎓(azepanium)的四烷基铵盐具有最宽的电化学窗口(electrochemical window)。1电子应用使用最多的IL是含有双(三氟甲磺酰基)酰胺阴离子(TFSA或TFSI)的那些IL，其具有与BF-4和PF-6 2接近的氧化稳定性并呈现最宽的液态范围。
将锂在基于1-乙基-3-甲基咪唑鎓(EMI)的离子液体中电化学嵌入到石墨阳极内已引起关注，因为这些离子液体具有低粘度和高传导性。然而，这些离子液体具有窄的电化学窗口(约4.2V)。当碳电极被极化为0.7V相对于Li/Li+时，咪唑鎓阳离子倾向于在电极/电解质界面被还原。阳离子的强分解反应阻止LiC6化合物的形成。然而溶剂的加入可以稳定和保护碳负电极和离子液相之间的界面免受与离子液体成分进行不期望的不可逆反应。N.Koura和同事证实在含有SOCl2的LiCl—EMICl—AlCl3离子电解质中形成LiC6化合物。3各种碳质材料获得满意的结果。Holzapfel等将锂在1M LiPF6在含有5重量％的碳酸亚乙烯酯(VC)作为添加剂的1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)亚胺(EMI-TFSI)中的溶液中嵌入到人造石墨内。4
然而，尽管尝试多次，仍没有在环境温度下在没有任何添加剂下提供石墨化负电极的可逆充电-放电的纯离子液体的报道。将咪唑鎓衍生物实际应用于锂离子电池内是困难的。使用这些离子液体的锂离子电池具有相对小的电压。石墨材料(其用作锂离子电池的低电位阳极材料)可以导致不饱和IL(尤其是基于咪唑鎓和吡啶鎓的IL)还原和随后分解。在一些情况下，IL的阳离子的嵌入已导致石墨层的剥脱。
最近已有一些关于用于可反复充电的Li电池的基于双(氟磺酰基)亚胺(FSI)的离子液体电解质的报道。特别地，含有Li离子的基于FSI的电解质展现出实用的离子传导性，并且使用1-乙基-3-甲基咪唑鎓(EMIm)-FSI和EMIm-TFSI5并且使用基于双(氟磺酰基)亚胺(FSI)6的IL作为阴离子以及1-乙基-3-甲基咪唑鎓(EMI)和N-甲基-N-丙基吡咯烷鎓(Py13)作为阳离子，具有含有双(三氟甲磺酰基)亚胺Li(LiTFSI)的基于FSI的电解质的天然石墨/Li电池在没有任何溶剂下显示循环性能。进一步发现具有TFSI阴离子的IL不能与石墨电极单独一起使用，因为仅可以达到非常低的容量。提出了在电解质中和制备含有氟磺酰基三氟甲磺酰基酰胺(FTFSI)的IL中稳定剂如双(氟磺酰基)酰胺锂(FSI)的用途7，但是由于LiFSI盐的高成本和复杂的合成方法，这些溶液在经济上不可行。
具有2-羟乙基的胆碱样化合物能形成低共熔(deep eutectic)混合物，但因为不稳定的酸性羟基的存在，不适用于具有高操作电压的电化学装置。然而胆碱样化合物中羟基的甲基化可以提高其稳定性。
通过各种甲硅烷氧基(诸如三甲基甲硅烷基)保护末端羟基来获得各种寡乙二醇稳定性的提高。8也已公开甲硅烷化胆碱化合物的制备。9
JP 2010-095473A公开含有三烷基甲硅烷基的离子化合物及其作为拮抗剂用于低表面能聚合物(PTFE)的用途。制备的拮抗剂在室温下主要为固体。
因此需要用于电解质和电化学电池的新型离子化合物或离子液体。
发明概述
根据本发明，提供：
1.一种包含阴离子和阳离子的离子化合物，所述离子化合物具有连接至其的至少一个甲硅烷氧基。
2.根据条款1所述的离子化合物，其为离子液体。
3.根据条款1或2所述的离子化合物，其具有连接至其的一个甲硅烷氧基。
4.根据条款3所述的离子化合物，其具有式(I)：
其中：
CAT+表示所述阳离子，所述阳离子含有带单正电荷的原子，其为氮、磷或硫；
R、R1和R2独立地为C1-C8烷基、烯基或炔基，
L表示连接子，并且
ANI-表示所述阴离子。
5.根据条款4所述的离子化合物，其中带正电荷的原子为氮。
6.根据条款4或5所述的离子化合物，其中R、R1和R2独立地为C1-C8烷基或烯基。
7.根据条款6所述的离子化合物，其中R、R1和R2独立地为C1-C4烷基或烯基。
8.根据条款7所述的离子化合物，其中R、R1和R2独立地为C1-C4烷基。
9.根据条款8所述的离子化合物，其中R、R1和R2独立地为C1-C2烷基
10.根据条款9所述的离子化合物，其中R、R1和R2各自表示甲基。
11.根据条款1至10中任一项所述的离子化合物，其中L为C1-C12亚烷基、亚烯基或亚炔基，任选包含一个或多个醚官能，并且任选被一个或多个卤素原子取代。
12.根据条款11所述的离子化合物，其中L与其连接的氧原子一起形成一个或多个亚烷基氧基、亚烯基氧基或亚炔基氧基。
13.根据条款12所述的离子化合物，其中L与其连接的氧原子一起形成一个或多个亚烷基氧基。
14.根据条款13所述的离子化合物，其中L与其连接的氧原子一起形成一个或多个亚乙基氧基。
15.根据条款14所述的离子化合物，其中L与其连接的氧原子一起形成一个或两个亚乙基氧基。
16.根据条款11所述的离子化合物，其中L为C1-C12亚烷基。
17.根据条款16所述的离子化合物，其中L为C2-C6亚烷基。
18.根据条款17所述的离子化合物，其中L为C2亚烷基。
19.根据条款18所述的离子化合物，其中L为-CH2-CH2-。
20.根据条款1至19中任一项所述的离子化合物，其中所述阳离子为式(IIa)、(IIb)或(IIc)：
其中R3、R4和R5独立地为C1-C16烷基、烯基或炔基。
21.根据条款20所述的离子化合物，其中所述阳离子为式(IIa)。
22.根据条款20或21所述的离子化合物，其中R3、R4和R5独立地为C1-C8烷基或烯基。
23.根据条款22所述的离子化合物，其中R3、R4和R5独立地为C1-C4烷基。
24.根据条款23所述的离子化合物，其中R3、R4和R5独立地为C1-C3烷基。
25.根据条款24所述的离子化合物，其中R3、R4和R5各自表示-CH3。
26.根据条款24所述的离子化合物，其中R3、R4和R5各自表示-CH2CH3。
27.根据条款24所述的离子化合物，其中R3和R4各自表示-CH3并且R5表示-CH2CH3。
28.根据条款24所述的离子化合物，其中R3表示-CH3并且R4和R5各自表示-CH2CH3。
29.根据条款1至19中任一项所述的离子化合物，其中所述阳离子为式(IIIa)、(IIIb)或(IIIc)：
其中：
X为一个或多个-CH2-、-O-和-N(CH3)-的组合以使CAT+为氮杂环丁烷鎓(azetidinium)、吡咯烷鎓、吡唑烷鎓(pyrazolidinium)、咪唑烷鎓(imidazolidinium)、哌啶鎓、氮杂环庚烷鎓、吗啉鎓(morpholinium)、异吗啉鎓(isomorpholinium)、哌嗪鎓(piperazinium)、六氢嘧啶鎓(hexahydropyrimidinium)或六氢哒嗪鎓(hexahydropyridazinium)型的阳离子；并且
R6为C1-C16烷基、烯基或炔基。
30.根据条款29所述的离子化合物，其中CAT+具有式(IIIa)。
31.根据条款29或30所述的离子化合物，其中X为-CH2CH2CH2CH2-。
32.根据条款29至31中任一项所述的离子化合物，其中R6为C1-C8烷基或烯基。
33.根据条款32所述的离子化合物，其中R6为C1-C4烷基。
34.根据条款33所述的离子化合物，其中R6为-CH3。
35.根据条款1至19中任一项所述的离子化合物，其中所述阳离子为式(IVa)、(IVb)或(IVc)：
其中：
Z为一个或多个-CH2-、-CH＝、-O-、-N(烷基)-和-N＝的组合以使CAT+为氮杂环丁烷鎓(azetinium)、3,4-二氢-2H-吡咯鎓(pyrolium)、吡啶鎓(pyridinium)、氮杂鎓(azepinium)、嘧啶鎓、哌嗪鎓、咪唑鎓、吡唑鎓(pyrazolium)型、噁嗪鎓(oxazinium)或三唑鎓(triazolium)的阳离子，并且
R7为氢或烷基。
36.根据条款35所述的离子化合物，其中Z为-N(烷基)-CH＝CH-。
37.根据条款36所述的离子化合物，其中Z为-N(CH3)-CH＝CH-。
38.根据条款35至37中任一项所述的离子化合物，其中R7为氢。
39.根据条款35至37中任一项所述的离子化合物，其中R7为-CH3。
40.根据条款1至39中任一项所述的离子化合物，其中所述阴离子为：
卤离子、
高氯酸根、
六氟磷酸根、
三(全氟乙基)三氟磷酸根、
四氟硼酸根、
三氟甲基三氟硼酸根、
全氟乙基三氟硼酸根、
七氟丙基三氟硼酸根、
九氟丁基三氟硼酸根、
三氟甲磺酸根、
三氟乙酸根、
双(氟磺酰基)酰胺、
或式(V)的磺酰基酰胺：
A-N--SO2-B (V)，
其中A为F-SO2-、CF3-SO2-、C2F5-SO2-、C3F7-SO2-、C4F9-SO2-,或CF3-C(＝O)-；并且
B为-F、-CF3、-C2F5、-C3F7、-C4F9。
41.根据条款43所述的离子化合物，其中所述式(V)的磺酰基酰胺为：
双(三氟甲磺酰基)酰胺、
双(全氟乙基磺酰基)酰胺、
双(七氟丙基磺酰基)酰胺、
双(九氟丁基磺酰基)酰胺、
N-三氟乙酰基-氟磺酰基酰胺、
N-三氟乙酰基-三氟甲磺酰基酰胺、
N-三氟乙酰基-全氟乙基磺酰基酰胺、
N-三氟乙酰基-七氟丙基磺酰基酰胺、
N-三氟乙酰基-九氟丁基磺酰基酰胺、
N-氟磺酰基-三氟甲磺酰基酰胺、
N-氟磺酰基-全氟乙基磺酰基酰胺、
N-氟磺酰基-七氟丙基磺酰基酰胺、
N-氟磺酰基-九氟丁基磺酰基酰胺、
N-三氟甲磺酰-全氟乙基磺酰基酰胺、
N-三氟甲磺酰-七氟丙基磺酰基酰胺、或
N-三氟甲磺酰-九氟丁基磺酰基酰胺。
42.根据条款40或41所述的离子化合物，其中所述阴离子为卤离子、双(氟磺酰基)酰胺、双(三氟甲磺酰基)酰胺或N-氟磺酰基-三氟甲磺酰酰胺。
43.根据条款42所述的离子化合物，其中所述阴离子为双(氟磺酰基)酰胺、双(三氟甲磺酰基)酰胺或N-氟磺酰基-三氟甲磺酰酰胺。
44.根据条款43所述的离子化合物，其中所述阴离子为双(三氟甲磺酰基)酰胺。
45.根据条款1所述的离子化合物，其包含一个单电荷阳离子和一个单电荷阴离子，所述离子化合物为离子液体并且为式：
其中：
CAT+表示所述阳离子，所述阳离子含有带单正电荷的氮原子，所述阳离子为式(IIa)：
其中R3、R4和R5独立地为C1-C6烷基；
R、R1和R2独立地为C1-C4烷基；
L表示连接子并且与其连接的氧原子一起形成一个或两个亚乙基氧基；并且
ANI-表示所述阴离子，其具有式(V)的磺酰胺：
A-N--SO2-B (V)，
其中A为F-SO2-、CF3-SO2-、C2F5-SO2-、C3F7-SO2-、C4F9-SO2-；并且B为-F、-CF3、-C2F5、-C3F7、-C4F9。
46.根据条款45所述的离子化合物，其中R3、R4和R5独立地为C1-C3烷基。
47.根据条款45或46所述的离子化合物，其中R、R1和R2独立地为C1-C2烷基。
48.根据条款48至47中任一项所述的离子化合物，其中所述阴离子为双(氟磺酰基)酰胺、双(三氟甲磺酰)酰胺或N-氟磺酰基-三氟甲磺酰酰胺
49.根据条款1所述的离子化合物，其为：
50.根据条款1所述的离子化合物，其为：
51.一种电解质，包含如条款1至50中任一项所定义的至少一种离子化合物和导电盐。
52.根据条款51所述的电解质，其还包含有机溶剂。
53.根据条款52所述的电解质，其中所述有机溶剂为极性有机溶剂。
54.根据条款51至53中任一项所述的电解质，其还包含不饱和碳酸酯。
55.一种电化学电池，包含阳极、阴极和条款51至54中任一项所定义的电解质。
56.根据条款55所述的电化学电池，其为电化学系统诸如电池、电容器或电致变色装置的部分。
附图简述
在附图中：
图1示出N1112-OTMS-TFSI的循环伏安法(cyclic voltametry)；
图2示出N1122-OTMS-TFSI的循环伏安法；
图3示出N1122-OTMS-TFSI+LiTFSI的循环伏安法；
图4示出LiFePO4相对于Li金属在基于N1122-OTMS-TFSI的电解质中的充电-放电曲线；
图5示出石墨相对于Li金属在基于N1122-OTMS-TFSI的电解质中的充电-放电曲线；
图6示出N1132-OTMS-TFSI的循环伏安法；
图7示出N1132-OTMS-TFSI+LiTFSI的循环伏安法；
图8示出LiFePO4相对于Li金属在基于N1132-OTMS-TFSI的电解质中的充电-放电曲线；
图9示出N2222-OTMS-TFSI的循环伏安法；
图10示出N2222-OTMS-TFSI+LiTFSI的循环伏安法；
图11示出N1222-OTMS-TFSI的循环伏安法；
图12示出N1222-OTMS-TFSI+LiTFSI的循环伏安法；
图13示出石墨相对于Li金属在基于N1222-OTMS-TFSI的电解质中的充电-放电曲线；
图14示出SiOx相对于Li金属在基于N1122-OTMS-TFSI的电解质中的充电-放电曲线；
图15示出离子化合物在不同温度下的粘度；
图16示出离子化合物在不同温度下的传导性；
图17示出N1122-OEDMS-TFSI的循环伏安法；
图18示出N1122-OTES-TFSI的循环伏安法；
图19示出N1122-OTMS-FTFSI的循环伏安法；
图20示出N1122-OTMS-FSI的循环伏安法；
图21示出N1123-OTMS-TFSI的循环伏安法；
图22示出N1124-OTMS-TFSI的循环伏安法；
图23示出N1126-OTMS-TFSI的循环伏安法；
图24示出N1122O2-OTMS-TFSI的循环伏安法；
图25示出Im12-OTMS-TFSI的循环伏安法；
图26示出石墨相对于Li金属在基于N1124-OTMS-TFSI的电解质中的充电-放电曲线；
图27示出石墨相对于Li金属在基于N1122O2-OTMS-TFSI的电解质中的充电-放电曲线；并且
图28示出石墨相对于Li金属在基于N1122O1-TFSI的电解质中的充电-放电曲线(与甲硅烷氧基相比较的实例)。
发明详述
离子化合物
现在更详细地转到本发明，提供具有连接至其的至少一个甲硅烷氧基的离子化合物。在实施方案中，该离子化合物包含一个此类甲硅烷氧基。
在本文，“离子化合物”是指由至少两个具有相反的静电荷并且通过离子键(即通过相反的带电离子之间的静电吸引形成的化学键类型)结合在一起的呈固态的分开的分子或原子组成的化学化合物。在离子化合物中，所有静电荷的和等于零。在这些离子化合物中，带正电荷的分子或原子称为阳离子并且带负电荷的分子或原子称为阴离子。每个阳离子和阴离子具有至少一个静电荷，但也可以为多个电荷。结果，离子化合物可以包含一个或多个阳离子和/或一个或多个阴离子。当溶解或熔融时，该离子化合物解离成自由移动的阳离子和阴离子，结果是此类溶液或熔融物的电传导性。
在本文，“甲硅烷氧基”为通式(R’)(R”)(R”’)Si-O-的任何单价基团。在实施方案中，甲硅烷氧基为三烷基甲硅烷基氧基(即其中R’、R”和R”都为烷基的上式化合物)。
本发明的离子化合物为离子液体(IL)。在本文，“离子液体”是指低温熔融态的离子化合物。因此，离子液体应具有低熔点，例如熔点低于100℃，优选低于75℃，更优选低于50℃，进一步更优选低于25℃并且最优选低于室温。因此，在实施方案中，本发明的离子化合物在温度低于100℃(例如在室温)下熔融。
有很多已知类别的离子液体。本发明的离子化合物可以为本领域已知的已连接至少一个甲硅烷氧基的任何离子液体。它也可以为这些离子液体的任何衍生物。离子液体的衍生物的非限制性实例包括其中已加入取代基或侧链的阳离子。侧链可以包括烷基、烷氧基和烷氧基烷基链。
甲硅烷氧基的插入使得生产具有有利的热、电化学和/或化学稳定性的离子液体。这使得它们适用于许多应用，诸如电池(包括锂离子电池)、电致变色装置和电容器。进一步，如以下实施例所示，本发明的许多离子化合物具有相当大的电化学窗口和/或具有良好的氧化稳定性和/或良好的还原稳定性和/或具有良好的与电极(包括石墨电极)的兼容性。在实施方案中，特别是含有TFSI或FSI阴离子的那些实施方案中，本发明的含有离子化合物的电解质具有良好的与石墨电极(诸如用于锂离子电池的那些石墨电极)的兼容性。在实施方案中，在环境温度下在不具有或具有离子化合物分解减少下这些可以提供石墨化负电极的可逆充电-放电，并且在电极的石墨颗粒周围形成足够的钝化层。
在实施方案中，离子化合物仅包含一个阴离子和一个阴离子。在更具体的实施方案中，离子化合物仅包含一个单电荷阴离子和一个单电荷阴离子。
在本发明的离子化合物或离子液体的实施方案中，甲硅烷氧基通过共价键连接至离子液体的阳离子。更具体地，甲硅烷氧基可以通过连接子连接。
在实施方案中，离子化合物为式(I)：
其中：
CAT+为含有带单正电荷的原子的阳离子，所述原子为氮、磷或硫，优选氮；
R、R1和R2独立地为C1-C8烷基、烯基或炔基，优选C1-C8烷基或烯基，更优选C1-C4烷基或烯基，甚至更优选C1-C4烷基，进一步更优选C1-C2烷基，并且最优选甲基；
L表示连接子，并且
ANI-表示单电荷阴离子。
在实施方案中，L为C1-C12亚烷基、亚烯基或亚炔基，任选包含一个或多个醚官能，并且任选被一个或多个卤素原子取代。在进一步的实施方案中，L为C1-C12亚烷基，优选C2-C6亚烷基，更优选C2-C4亚烷基，甚至更优选C2或C6亚烷基，并且最优选-CH2-CH2-。
在实施方案中，L与其连接的氧原子(即甲硅烷氧基的氧原子)一起形成一个或多个亚烷基氧基、亚烯基氧基或亚炔基氧基，优选一个或多个亚烷基氧基，更优选一个或多个亚乙基氧基(诸如1、2、3、4、5或6个此类基团)并且进一步更优选一个或两个亚乙基氧基。确定的是，其中有不止一个此类基团，这些基团将被理解为在链中彼此连接。例如，“两个亚丙氧基”为式-CH2CH2CH2-O-CH2CH2CH2 -O-部分，加下划线的氧原子属于甲硅烷氧基。
应注意的是，上述一些实施方案重叠。例如，其中L为-CH2-CH2-的离子化合物是与其中L与其连接的氧原子一起形成一个亚乙基氧基的化合物相同的化合物。
在实施方案中，离子化合物的阳离子(在上式(I)中被标记为CAT+)为式(IIa)、(IIb)或(IIc)：
优选为式(IIa)，
其中R3、R4和R5独立地为C1-C16烷基、烯基或炔基，优选C1-C8烷基或烯基，并且更优选C1-C4烷基，并且甚至更优选C1-C3烷基。最优选，0、1、2或所有3个R3、R4和R5为甲基(-CH3)，而它们中的其余基团为乙基(-CH2CH3)。
在实施方案中，阳离子为式(IIIa)、(IIIb)或(IIIc)：
优选为式(IIIa)，
其中R6为C1-C16烷基、烯基或炔基，优选C1-C8烷基或烯基，更优选C1-C4烷基，并且最优选甲基；并且
其中X为一个或多个-CH2-、-O-和-N(烷基)-的组合以使CAT+为氮杂环丁烷鎓、吡咯烷鎓、吡唑烷鎓、咪唑烷鎓、哌啶鎓、氮杂环庚烷鎓、吗啉鎓、异吗啉鎓、哌嗪鎓、六氢嘧啶鎓和六氢哒嗪鎓型的阳离子。
在实施方案中，-N(烷基)-中的烷基为C1-6烷基，优选C1-6烷基，更优选甲基。关于其熔点和粘度，其中-N(CH3)-为-N(CH3)-的实施方案通常是有利的。
在本文，氮杂环丁烷鎓型的阳离子为上式(IIIa)的阳离子，其中X为-CH2-CH2-CH2-，或换言之，为式的阳离子。类似地，它也指式(IIIb)和(IIIc)的阳离子，其中X为-CH2-CH2-CH2-。
在本文，吡咯烷鎓型的阳离子为上式(IIIa)的阳离子，其中X为-CH2-C(＝O)-CH2-CH2-或等效物-CH2-CH2-C(＝O)-CH2-，或换言之，式的阳离子。类似地，它也指式(IIIb)和(IIIc)的阳离子，其中X为-CH2-C(＝O)-CH2-CH2-。
在本文，吡唑烷鎓型的阳离子为上式(IIIa)的阳离子，其中X为-N(烷基)-CH2-CH2-CH2-(或等效物-CH2-CH2-CH2-N(烷基)-)，或换言之，当烷基为甲基时，为式的阳离子。类似地，它也指式(IIIb)和(IIIc)的阳离子，其中X为-N(烷基)-CH2-CH2-CH2-。
在本文，咪唑烷鎓型的阳离子为上式(IIIa)的阳离子，其中X为-CH2-N(烷基)-CH2-CH2-(或等效物-CH2-CH2-N(烷基)-CH2-)，或换言之，当烷基为甲基时，为式的阳离子。类似地，它也指式(IIIb)和(IIIc)的阳离子，其中X为-CH2-N(烷基)-CH2-CH2。
在本文，哌啶鎓型的阳离子为上式(IIIa)的阳离子，其中X为-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-，或换言之，为式的阳离子。类似地，它也指式(IIIb)和(IIIc)的阳离子，其中X为-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-。
在本文，氮杂环庚烷鎓型的阳离子为上式(IIIa)的阳离子，其中X为-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-，或换言之，为式的阳离子。类似地，它也指式(IIIb)和(IIIc)的阳离子，其中X为-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-。
在本文，吗啉鎓或异吗啉鎓型的阳离子为上式(IIIa)的阳离子，其中X为-CH2-CH2-O-CH2-CH2或-CH2-O-CH2-CH2--CH2(或等效物-CH2-CH2-CH2-O-CH2-)，或换言之，式和的阳离子。类似地，它也指式(IIIb)和(IIIc)的阳离子，其中X为-CH2-CH2-O-CH2-CH2-或-CH2-O-CH2-CH2-CH2-。
在本文，哌嗪鎓、六氢嘧啶鎓和六氢哒嗪鎓型的阳离子为上式(IIIa)的阳离子，其中X分别为-CH2-CH2-N(烷基)-CH2-CH2-、-CH2-N(烷基)-CH2-CH2-CH2-(或等效物-CH2-CH2-CH2-N(烷基)-CH2)和N(烷基)-CH2-CH2-CH2-CH2-(或等效物-CH2-CH2-CH2-CH2-N(烷基)-)，或换言之，当烷基为甲基时，分别为式的阳离子。类似地，它也指式(IIIb)和(IIIc)的阳离子，其中X为-CH2-CH2-N(烷基)-CH2-CH2-、-CH2-N(烷基)-CH2-CH2-CH2-或N(烷基)-CH2-CH2-CH2-CH2-。
在更具体的实施方案中，阳离子为式(IIIa)并且X为-CH2-CH2-CH2-CH2-。换言之，阳离子为式在更具体的实施方案中，上式中R6为甲基。
在实施方案中，离子化合物的阳离子为式(IVa)、(IVb)或(IVc)：其中Z为一个或多个-CH2-、-CH＝、-O-、-N(烷基)-和-N＝的组合，以使CAT+为氮杂环丁烷鎓、3,4-二氢-2H-吡咯鎓、吡啶鎓、氮杂鎓、嘧啶鎓、哌嗪鎓、咪唑鎓、吡唑鎓、噁嗪鎓或三唑鎓(1,2,3或1,2,4)型的阳离子，并且R7为氢或烷基，优选氢或C1-6烷基，更优选氢或甲基，最优选氢。
在实施方案中，在Z和/或在式(IVb)中，烷基为C1-6烷基，优选C1-6烷基，更优选甲基。
在本文，氮杂环丁烷鎓型阳离子为上式(IVa)的阳离子，其中Z为-CH＝CH-，或换言之，为式的阳离子。类似地，它也指类似阳离子，其中R7为烷基。
在本文，3,4-二氢-2H-吡咯鎓型阳离子为上式(IVa)的阳离子，其中Z为-CH2-CH2-CH2-或换言之，为式的阳离子。类似地，它也指类似阳离子，其中R7为烷基。
本文，吡啶鎓型阳离子为上式(IVa)的阳离子，其中Z为-CH＝CH-CH＝CH-，或换言之，式的阳离子。类似地，它也指类似阳离子，其中R7为烷基。
在本文，氮杂鎓型阳离子为上式(IVa)的阳离子，其中Z为-CH＝CH-CH＝CH-CH2-，或换言之，为式的阳离子。类似地，它也指类似阳离子，其中R7为烷基。
在本文，嘧啶鎓型阳离子为上式(IVa)的阳离子，其中Z为-N＝CH-CH＝CH-，或换言之，为式的阳离子。类似地，它也指类似阳离子，其中R7为烷基。
在本文，哌嗪鎓型阳离子为上式(IVa)的阳离子，其中Z为-CH＝N-CH＝CH-，或换言之，为式的阳离子。类似地，它也指类似阳离子，其中R7为烷基。
在本文，咪唑鎓型阳离子为上式(IVa)的阳离子，其中Z为-N(烷基)-CH＝CH-，或换言之，为式的阳离子。类似地，它也指类似阳离子，其中R7为烷基。
在本文，吡唑鎓型阳离子为上式(IVb)的阳离子，其中Z为-CH＝CH-，或换言之，为式的阳离子。类似地，它也指类似阳离子，其中R7为烷基。
在本文，噁嗪鎓型阳离子为基于14个已知噁嗪同分异构体中的任何一个的阳离子。这包括上式(IVa)的阳离子，其中Z为-CH＝CH-CH2-O-、-CH2-CH＝CH-O-、＝CH-CH2-CH2-O-、-O-CH2-CH＝CH-、-O-CH＝CH-CH2-、-CH＝CH-O-CH2-、＝CH-CH2-O-CH2-、-CH2-O-CH＝CH-和＝CH-O-CH2-CH2-。类似地，它也指类似阳离子，其中R7为烷基。
在本文，1,2,4-三唑鎓型阳离子为上式(IVa)的阳离子，其中Z为-N(烷基)-N＝CH-，或换言之，为式的阳离子。类似地，它也指类似阳离子，其中R7为烷基。
在本文，1,2,3-三唑鎓型阳离子为上式(IVc)的阳离子，其中Z为-N(烷基)-CH＝CH-，或换言之，为式的阳离子。
在具体的实施方案中，通式(IVa)中的Z为-N(烷基)-CH＝CH-，并且更具体地为-N(CH3)-CH＝CH-，而R7为H或CH3。换言之，阳离子具有式
在实施方案中，离子化合物的阴离子(在上式(I)中被标记为ANI-)为卤离子、高氯酸根、六氟磷酸根、三(全氟乙基)三氟磷酸根、四氟硼酸根、三氟甲基三氟硼酸根、全氟乙基三氟硼酸根、七氟丙基三氟硼酸根、九氟丁基三氟硼酸根、三氟甲磺酸根、三氟乙酸根，或式(V)的磺酰基酰胺：
A-N--SO2-B (V)，
其中A为F-SO2-、CF3-SO2-、C2F5-SO2-、C3F7-SO2-、C4F9-SO2-或CF3-C(＝O)-；并且B为-F、CF3、-C2F5、-C3F7、-C4F9。
式(V)的磺酰基酰胺的实例包括双(氟磺酰基)酰胺、双(三氟甲磺酰基)酰胺、双(全氟乙基磺酰基)酰胺、双(七氟丙基磺酰基)酰胺、双(九氟丁基磺酰基)酰胺、N-三氟乙酰基-氟磺酰基酰胺、N-三氟乙酰基-三氟甲磺酰基酰胺、N-三氟乙酰基-全氟乙基磺酰基酰胺、N-三氟乙酰基-七氟丙基磺酰基酰胺、N-三氟乙酰基-九氟丁基磺酰基酰胺、N-氟磺酰基-三氟甲磺酰基酰胺、N-氟磺酰基-全氟乙基磺酰基酰胺、N-氟磺酰基-七氟丙基磺酰基酰胺、N-氟磺酰基-九氟丁基磺酰基酰胺、N-三氟甲磺酰-全氟乙基磺酰基酰胺、N-三氟甲磺酰-七氟丙基磺酰基酰胺或N-三氟甲磺酰-九氟丁基磺酰基酰胺。
在优选的实施方案中，阴离子为卤离子或式(V)的磺酰基酰胺。在更优选的实施方案中，阴离子为卤离子、双(氟磺酰基)酰胺、双(三氟甲磺酰基)酰胺或N-氟磺酰基-三氟甲磺酰基酰胺。在甚至更优选的实施方案中，阴离子为氟磺酰基)酰胺、双(三氟甲磺酰基)酰胺或N-氟磺酰基-三氟甲磺酰基酰胺。在最优选的实施方案中，阴离子为双(三氟甲磺酰基)酰胺。此最后一个阴离子也称为双(三氟甲烷)磺酰亚胺、双三氟甲磺酰亚胺(bistriflimide)、TFSI或TFSA。它具有式CF3-SO2-N-SO2-CF3。
其中L为线性亚烷基连接子的离子化合物可以用以下通式(VI)表示：
其中CAT+、ANI-、R、R1和R2如上所定义并且其中m为0至10之间的整数，优选1至5，并且更优选1至3。
离子化合物的使用
在实施方案中，本发明的离子化合物和离子液体可在电化学电池(如电池)、电致变色装置和电容器中用作电解质。此类电化学电池包含阳极、阴极和电解质。优选的是，在具体的电化学装置要求的操作温度下离子化合物为液体。可能从本发明的纯的离子化合物或从本发明的至少两种离子化合物的混合物中制备此类电解质。
为从这些离子化合物中制备电解质，应将合适的导电盐溶解于其中，这对技术人员将是显而易见的。为了用于锂和锂离子电池，锂盐可以合适的浓度(例如0.05mol/升和3mol/升之间)被溶解。锂盐的非限制性实例包括高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、双(氟磺酰基)酰胺锂、双(三氟甲磺酰基)酰胺锂及其衍生物。当电解质即将用于不同类型的电化学装置时，其他盐(例如钠盐和钾盐)可被溶解于离子液体中。
可将各种添加剂加至电解质中以提高其性能。例如，为减少粘度并增加传导性，例如可以以约1％至约80％的电解质总质量的量加入一种或多种有机溶剂，尤其是极性溶剂(如烷基碳酸酯)。
为提高在高电压和低电压下的稳定性，例如可以在基于电解质总重量约0.1重量％至约15重量％的浓度下加入不饱和碳酸酯，如碳酸亚乙烯酯和乙烷的衍生物(即乙烯基化合物)。
制备本发明的离子化合物的方法
具有三烷基甲硅烷氧基的离子化合物可以三步进行制备：
i)制备具有简单阴离子(如卤离子或硫酸根)的鎓盐，
ii)阴离子置换，其中简单阴离子被更复杂的阴离子如三氟甲磺酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、双(氟磺酰基)酰胺、双(三氟甲磺酰基)酰胺或三(全氟乙基)三氟磷酸根置换，和
iii)向分子引入三烷基甲硅烷基。
在一些情况下，可以一步实现具有更复杂的阴离子的盐的直接制备，而没有阴离子置换。
使用各种方法可以制备四烷基铵盐：
步骤i)
N,N-二烷基-2-氨基乙醇或其长链类似物的季铵化
通过用合适的烷化剂使N,N-二烷基-2-氨基乙醇或其长链类似物(如N,N-二烷基-3-氨基丙醇)季铵化可以制备胆碱类似物。
烷基卤化物可用作起始材料。氯化物的反应性不强。因此，当使用氯化物时，需要高反应温度并且可导致产物劣化和难以除去的有色杂质的污染。烷基碘化物反应性强，但所得的碘阴离子可以容易地被氧化为碘，这导致不期望的产物着色和污染。烷基溴化物在其反应性和终产物的稳定性之间呈现良好的折中。对于向分子中引入甲基或乙基，硫酸二甲酯和硫酸二乙酯也是可选试剂。对于特别的烷基，可以使用磺酸烷基酯或甲苯磺酸酯。
将N,N-二烷基-2-氨基乙醇或其长链类似物(如N,N-二烷基-3-氨基丙醇)溶解于惰性溶剂(如乙腈、甲苯、THF或醚)中，并且以保持某反应温度的速率下加入烷化剂。在很多情况下季铵化反应大量放热，因此在加入过程中必须非常小心。反应温度应尽可能地低以抑制杂质形成，但如果卤化物用作烷化剂，甚至在沸腾的甲苯中，反应将是缓慢的。反应完成后，分离所得的盐。在大多数情况下，通过加入乙酸乙酯以促进固体产物沉淀及其过滤可以完成分离。如果产物为液体，通过蒸发来除去溶剂并且用溶解起始化合物但不溶解产物的溶剂洗涤剩余液体。对于此类型的纯化最合适的溶剂通常为醚类或乙酸乙酯。可以通过从合适的溶剂(如水、乙腈、丙酮或醇或其混合物)中重结晶来纯化产物。
此反应的流程图为：
其中R3、R4、R5和m如上所定义。
使用乙醇或其它脂肪醇衍生物的三烷基胺的季铵化
使用乙醇或其它脂肪醇的衍生物，尤其是使用2-氯或2-溴乙醇和3-卤代丙醇，可实现三烷基胺的季铵化。溴衍生物反应性较强，因此需要较低的温度并且反应通常缓慢进行而不形成杂质。此方法尤其适用于制备环状类似物，如咪唑鎓、哌啶鎓、吗啉鎓、吡咯烷鎓和氮杂环庚烷鎓盐。
在升高的温度下(例如在反应混合物的熔点)在合适的溶剂(如乙腈、甲苯、THF或醚)中三烷基胺和ω-卤代醇反应。此反应的流程图如下：
其中R3、R4、R5和m如上所定义。
三烷基铵盐和环氧乙烷之间的反应
第三个选择是使三烷基铵盐与环氧乙烷在压力反应器中反应。此反应的流程图如下：
其中R3、R4和R5如上所定义。
在其中三烷基铵盐包含复杂阴离子的情况下，可以在一步中制备所需的室温IL，而没有阴离子置换。
步骤ii)阴离子置换
在此步骤中，由季铵化产生的鎓盐的阴离子，被置换为所需的通常更复杂、更稳定并且缔合性较差的阴离子。此方法通常使鎓盐变成液体。通常，将高度氟化的阴离子，如四氟硼酸根、六氟磷酸根、三氟甲磺酸根、双(氟磺酰基)酰胺(FSI)、双(三氟甲磺酰基)酰胺(TFSA)、三(全氟乙基)三氟磷酸根(FAP)引入离子化合物或离子液体的结构。这些阴离子源可以为游离酸或其盐，优选碱金属盐。
使鎓盐和所需阴离子源混合于合适的溶剂中，所述溶剂可以为例如水或有机溶剂。置换的驱动力是快速离子反应，即形成不能充分解离的化合物(沉淀物、气体)或分离反应混合物成两层(即沉淀不可溶的液体)。
FSI、TFSI和FAP的疏水性强，因此阴离子置换可以在水中进行，其中所得离子液体分离成密集层(denser layer)。为除去杂质，需要用水简单洗涤。在一些情况下，阴离子置换可以在有机溶剂中进行，尤其当所需的离子化合物溶于水并且在水中进行阴离子置换可以导致部分离子化合物损失时。
步骤iii)甲硅烷基的引入
甲硅烷基的引入可被认为与阳离子分子中脂肪族OH基团的保护相似。此类脂肪族OH是离子化合物的敏感部分并且与在电解质中的使用不兼容。保护的结果为甲硅烷氧基，其可以对与质子化合物的相互作用敏感并且可以被水解。通过增加连接至硅原子的烷基的大小和分支来提高甲硅烷氧基的水解稳定性。可以引入各种甲硅烷基，但尽可能使用最小的烷基是有利的，因为较大的基团可以增加离子化合物的熔点和/或离子液体的粘度。
通过能与脂肪族OH反应的甲硅烷化试剂将三烷基甲硅烷基引入到阳离子。然而不是所有的甲硅烷化试剂同样合适。在甲硅烷化期间三烷基甲硅烷基卤化物、三氟甲磺酸酯、磺酸酯形成酸并且从反应混合物中除去它们非常难。在离子液体的情况下，用于纯化最能接受的方法是蒸发，因此最好的甲硅烷化试剂是仅产生气体副产物的那些试剂。在此上下文中，硅氮烷是引入甲硅烷基最合适的试剂，因为其唯一的副产物是氨或胺。然而可以使用其他试剂。
例如，有很多可以用于引入三甲基甲硅烷基(TMS)的甲硅烷化试剂。在一般有机合成中TMS通常用作保护基团。因为便宜，使用六甲基二硅氮烷(HMDS)最为有利。同样可以使用N,N-双(三甲基甲硅烷基)甲基铵、N-三甲基甲硅烷基二甲基铵，因为其副产物为室温下为气体的甲基铵和二甲基铵。
对于其它甲硅烷基，甲硅烷化试剂可能不容易获得，但可以从氯硅烷中制备硅氮烷，通过蒸馏纯化它们，并且然后将它们用于制备甲硅烷化离子液体。例如，N-三乙基甲硅烷基-二甲基铵和N-三乙基甲硅烷基-二乙胺可以用于引入三乙基甲硅烷基。类似地，N-乙基二甲基甲硅烷基-二甲基铵和N-乙基二甲基甲硅烷基-二乙胺可以用于引入乙基二甲基甲硅烷基。
通过使甲硅烷化试剂和离子化合物在惰性溶剂中混合，加热此混合物以提高温度以及在反应完成后除去副产物可以完成羟基-离子化合物的甲硅烷化。剧烈的真空干燥后获得离子化合物并且对于大多数目的通常足够纯。有时可能需要另外的纯化，诸如使木炭脱色和过滤。
甲硅烷化反应不总是需要溶剂。如果离子化合物在常温下为液体，则可以在没有溶剂的情况下进行反应，但是，在此情况下，通常需要剧烈搅拌，因为硅氮烷和羟基离子化合物通常不混溶。此反应诱导期可以稍微长于其它情况，但当反应开始，通常继续直到完成转化。
如果HMDS用于甲硅烷化，则二氯甲烷可以用作溶剂，因为它将通常溶解HMDS和离子化合物。
在大多数情况下，在温度约50-60℃下加热足以起始剧烈反应。为获得完全转化，可能需要将混合物加热几个小时。之后，除去挥发性化合物并且获得通常纯的形式的甲硅烷化离子化合物。
定义
本文，术语“a”和“an”和“the”以及类似指示物在描述本发明的上下文(尤其在以下权利要求的上下文)中的使用被解释为涵盖单数和复数，除非本文另外指出或与上下文明显矛盾。
同样，术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”被解释为开放式术语(即，意指“包括但不限于”)，除非另有说明。
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类似地，本文具有各种取代基和列举这些取代基的各种基团的化学结构通式意图充当单独提及通过对于任何取代基的任何基团的组合而获得的每个和每一个分子的简易方法。将每个单独的分子并入说明书，如同其在本文中被单独引用一样。此外，化学结构通式内的分子的所有子集也并入说明书，如同其在本文中被单独引用一样。
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说明书中的语言不应解释为指出任何未要求保护的为实施本发明所必需的要素。
除非另有定义，否则本文的所有技术和科学语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。
具体地，本文的术语“烷基”、“亚烷基”、“烯基”、“亚烯基”、“炔基”、“亚炔基”及其衍生物(诸如烷氧基、亚烷基氧基等)具有其本领域的普遍含义。需注意的是，除非另外说明，这些基团的烃链可以为直链或支链。进一步，除非另外说明，这些基团可以含有1个和18个之间的碳原子，更具体地1个和12个之间的碳原子，1个和6个之间的碳原子，1个和3个之间的碳原子或含有1个或2个碳原子。更确定的是，烷基为通式-CnH2n+1的单价饱和脂肪族烃基团。亚烷基为通式-CnH2n-的二价饱和脂肪族烃基团(也称为烷二基(alkanediyl))。烯基为包含至少一个双键的单价脂肪族烃基团。亚烯基为包含至少一个双键的二价脂肪族烃基团。炔基为包含至少一个三键的单价脂肪族烃基团。亚炔基为包含至少一个三键的二价脂肪族烃基团。烷基氧基或烷氧基为式-O-烷基的单价基团。亚烷基氧基为式-O-亚烷基-的二价基团。亚烷基氧基的实例为-O-CH2-CH2-，其被称为亚乙基氧基。包含两个或多个亚乙基氧基连接在一起(即-[-O-CH2-CH2-]n-)的直链可被称为聚乙二醇(PEG)、聚环氧乙烷(PEO)或聚氧化乙烯(POE)链。烯氧基为式-O-烯基的单价基团。亚烯基氧基为式-O-亚烯基-的二价基团。炔氧基为式-O-炔基-的单价基团。亚炔基氧基为式-O-亚炔基的二价基团。
本文，术语“约”具有其普遍意义。在实施方案中，它可意指加或减10％或加或减5％的合格数值。
本发明的其它目的、优点和特征将从阅读以下其具体实施方案的非限制性描述中变得更明显，实施方案仅通过参考附图的实施例的方式给出。说明性实施方案的描述
通过以下非限制性实例进一步详细说明本发明。
更具体地，以下报道了本发明的几种离子化合物的合成和测试。这些化合物在室温下均为液体或在低熔点下为固体。
还报道了这些化合物中的几种的循环伏安法结果。这些结果示出离子化合物的稳定性范围并且因此示出使用它们的装置的电压范围。例如，石墨具有的工作电压为0.1V或0.2V，锂具有的工作电压为0V，而钛酸锂具有的工作电压为1.5V。
最后，还报道了这些离子化合物中的一些与各种电极的兼容性。
实施例1—N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N,N,N-三甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1112-OTMS-TFSI)的制备
a)胆碱双(三氟甲磺酰基)酰胺：
将55.85g(0.4mol)氯化胆碱(Sigma-Aldrich)溶解于150ml MQ水中。在剧烈搅拌下，使所得氯化胆碱溶液与120g(0.41mol)双(三氟甲磺酰基)酰胺锂(LiTFSI)在200ml MQ水中的溶液混合。立刻发生相分离，但在室温下继续搅拌另外的5小时。然后，加入100ml CH2Cl2并分离各相。用50ml CH2Cl2萃取水相并将合并的有机相用50ml MQ水洗涤6次。获得澄清的无色溶液。将此溶液倒入圆底烧瓶中；使用旋转蒸发仪然后在高真空下在60℃除去溶剂。以此方式，获得127g(83％)纯的胆碱双(三氟甲磺酰基)酰胺(胆碱TFSI)。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：3.11(s，9H)，3.31-3.47(m，2H)，3.84(tt，J＝5.03，2.29Hz，2H)，5.26(t，J＝4.94Hz，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：53.30(br.t，J＝3.50，3.50Hz)，55.31(s)，67.18(br.t，J＝3.20，3.20Hz)，119.63(q，J＝321.70Hz).
b)N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N,N,N-三甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰 胺
在室温下向含有127g(0.33mol)纯的胆碱TFSI的500ml圆底烧瓶中加入53g(0.33mol)六甲基二硅氮烷(HMDS)，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。将混合物缓慢加热至60-70℃并搅拌以致形成HMDS在胆碱TFSI中的细乳液。当温度达到60℃开始剧烈释放氨气并且几分钟后结束。在此剧烈反应结束后使混合物加热并且再搅拌4小时。然后，剩余的HMDS(其位于所需产物上方的分离层)在高真空下蒸发。然后将圆底烧瓶用氩气重新填充6次并且反复抽空。在此操作期间将产物加热至70℃。最后在真空下使装置冷却并用氩气重新填充。以此方式，获得150.5g(100％)呈无色液体形式的标题化合物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.10(s，9H)，3.14(s，9H)，3.38-3.49(m，2H)，3.87-4.03(m，2H).
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-1.28(s)，54.22(t，J＝3.50Hz)，56.67(s)，67.56(t，J＝3.20Hz)，119.63(q，J＝320.70Hz).
实施例2—N-乙基-N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1122-OTMS-TFSI)的制备
a)N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基溴化铵
在装配有磁力搅拌器的500ml圆底烧瓶中放置45.3g(0.508mol)溶解于150ml MeCN中的2-二甲基氨基乙醇。在1.5h的时间段内向此溶液中逐滴加入61.5g(0.550mol)乙基溴和60ml MeCN的混合物，使用水浴(在20℃)用于在加入期间冷却。在一半EtBr加入后，雪白的结晶产物开始从溶液中沉淀。混合物搅拌一周(57h)，然后真空过滤，用少量丙酮洗涤，并在真空烘箱中在60℃干燥。将滤液蒸发至干并分离另外的产物。总共，获得98.13g(72％)N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基溴化铵。
1H NMR(300MHz，氧化氘)δ/ppm：1.35(tt，J＝7.28，1.88Hz，3H)，3.11(s，6H)，3.88-3.52(m，4H)，3.95-4.07(m，2H).
13C NMR(75MHz，氧化氘)δ/ppm：7.24(s)，50.38(t，J＝3.90Hz)，54.92(s)，60.57(t，J＝2.70Hz)，63.94(t，J＝3.30Hz)
b)N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺
在250ml圆底烧瓶中，在剧烈搅拌下使52g(0.263mol)在70ml MQ水中的N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基溴化铵溶液和78g(0.274mol)在80ml MQ水中的LiTFSI溶液混合一起。立刻发生相分离，但在室温下继续再搅拌4小时。然后，加入100ml CH2Cl2并分离各相。用50ml CH2Cl2萃取水相并将合并的有机相用100ml MQ水洗涤6次。获得澄清的无色溶液并倒入圆底烧瓶中。使用旋转蒸发仪然后在高真空下在60℃除去溶剂。以此方式，获得70g(67％)纯的N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺，为无色液体。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.25(br.t，J＝7.30，7.30Hz，3H)，3.03(s，39H)，3.28-3.46(m，26H)，3.56(s，12H)，3.75-3.91(m，13H)，5.29(t，J＝4.94Hz，6H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：7.63(s)，50.23(t，J＝3.50Hz)，54.96(s)，59.50-60.18(m)，64.19(t，J＝2.49Hz)，119.50(q，J＝321.20Hz).
c)N-乙基-N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰 基)酰胺
在室温下向含有80g(0.20mol)纯的N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基铵TFSI的250ml圆底烧瓶中加入31g(0.20mol)六甲基二硅氮烷(HMDS)，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。将混合物缓慢加热至60-70℃并且搅拌以致形成HMDS在IL中的细乳液。当温度达到60℃时开始剧烈释放氨气并在几分钟后结束。在剧烈反应结束后将混合物加热并且再搅拌4小时。然后，剩余的HMDS(其位于所需产物上方的分离层)在高真空下蒸发。然后将圆底烧瓶用氩气重新填充6次并且反复抽空。在此操作期间将产物加热至70℃。最后，在真空下使装置冷却并用氩气重新填充。以此方式，获得94g(100％)呈无色液体形式的标题化合物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.10(s，9H)，1.34(br.t，J＝7.10，7.10Hz，3H)，3.06(s，6H)，3.32-3.51(m，4H)，3.86-4.04(m，2H).
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-1.25(s)，7.94(s)，50.96(t，J＝3.59Hz)，56.43(s)，61.46(br.s)，64.54(br.s.)，119.67(q，J＝321.20Hz).
19F NMR(470MHz，氯仿-d)δ/ppm：-78.89(s).
实施例3—N,N-二乙基-N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N-甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1222-OTM-TFSI)的制备
a)N,N-二乙基-N-2-羟乙基-N-甲基铵硫酸甲酯
在装配有磁力搅拌器的1L圆底烧瓶中放置117.10g(1mol)溶解于250ml MeCN中的2-二乙基氨基乙醇。在冰水浴的帮助下将溶液冷却至低于20℃。在0.5h的时间段内向冷却的溶液中逐滴加入130g(1.03mol)硫酸二甲酯和100ml MeCN的混合物，不允许温度升高超过40℃。将混合物搅拌一周(60h)，然后使用旋转蒸发仪将MeCN除去。获得242g(100％)呈略带粉色的油状物形式的N,N-二乙基-N-2-羟乙基-N-甲基铵硫酸甲酯。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.20(t，J＝7.14Hz，6H)，2.96(s，3H)，3.28-3.40(m，6H)，3.40(s，3H)，3.74-3.85(m，2H)，5.09(br.s.，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：7.64(s)，47.22(br.s)，53.16(s)，54.91(s)，56.50(br.s)，61.26(br.s).
b)N,N-二乙基-N-2-羟乙基-N-甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺
在250ml圆底烧瓶中，在剧烈搅拌下使68.58g(0.282mol)溶解于70ml MQ水中的N,N-二乙基-N-2-羟乙基-N-甲基铵硫酸甲酯溶液和83.23g(0.290mol)溶解于80ml MQ水中的LiTFSI溶液混合。立刻发生相分离，但在室温下继续再搅拌6小时。然后，加入100ml CH2Cl2并分离各相。将水相用20ml CH2Cl2萃取并将合并的有机相用80ml MQ水洗涤6次。向此溶液中加入5g活性炭。将所得混合物加热至其沸点，使其冷却并且搅拌过夜(16h)。第二天上午，通过0.22μm孔隙率的PTFE过滤器使溶液过滤。获得澄清的溶液并且倒入圆底烧瓶中。使用旋转蒸发仪然后在高真空下在60℃除去溶剂。以此方式，获得65.65g(56％)纯的N,N-二乙基-N-2-羟乙基-N-甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺，为无色液体。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.20(t，J＝7.14Hz，6H)，2.96(s，3H)，3.28-3.40(m，6H)，3.40(s，3H)，3.74-3.85(m，2H)，5.09(br.s.，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：7.48(s)，47.28(br.s.)，54.87(s)，56.60(br.s.)，61.48(br.s.)，119.65(q，J＝321.20Hz).
c)N,N-二乙基-N-2-羟乙基-N-甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺
室温下向含有65g(0.159mol)纯的N,N-二乙基-N-2-羟乙基-N-甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺的250ml圆底烧瓶中加入25.69g(0.160mol)六甲基二硅氮烷(HMDS)，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。使混合物缓慢加热至60-70℃并且搅拌以致形成HMDS在IL中的细乳液。当温度达到60℃时开始剧烈释放氨气并且几分钟后结束。将混合物加热并且搅拌过夜(在剧烈反应结束后16小时)。然后，剩余的HMDS(其位于所需产物上方的分离层)在高真空下蒸发。获得略带颜色的油状物并用100mlCH2Cl2稀释。加入5g活性炭。将混合物加热至其沸点，冷却至室温并在1h后通过0.22μm PTFE过滤器过滤。使用旋转蒸发仪除去溶剂，然后向澄清的产物中加入5ml新配制的HMDS。将此混合物剧烈搅拌并加热至70℃保持一小时。然后，真空除去挥发性化合物并将烧瓶用氩气重新填充6次并且反复抽空。在此操作期间将产物加热至70℃。最后，在真空下使装置冷却并用氩气重新填充。以此方式，获得72g(93％)呈无色液体形式的标题化合物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.07(s，9H)，1.27(t，J＝7.14Hz，6H)，2.94(s，3H)，3.25-3.43(m，6H)，3.81-3.98(m，2H).
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-1.37(s)，7.47(s)，47.74(br.s.)，56.10(s)，57.56(br.s).61.60(br.s.)，119.62(q，J＝321.20Hz).
实施例4—N,N,N-三乙基-N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N2222-OTM-TFSI)的制备
a)N,N,N-三乙基-N-(2-羟乙基)溴化铵
在装配有磁力搅拌器的500ml圆底烧瓶中放置58.6g(0.50mol)溶解于80ml MeCN中的2-二乙基氨基乙醇。在0.75h的时间段内向此溶液中逐滴加入60g(0.550mol)乙基溴和40ml MeCN的混合物。将混合物搅拌一周(57h)，在此期间分离白色结晶沉淀物。将此沉淀物真空过滤，用少量丙酮洗涤并在真空烘箱中在60℃干燥。将滤液蒸发至小体积并且使用乙酸乙酯使另外的产物沉淀。总共，获得87.51g(77％)N,N,N-三乙基-N-(2-羟乙基)溴化铵。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.17(t，J＝7.14Hz，9H)，3.26-3.31(m，2H)，3.32(q，J＝7.00Hz，6H)，3.76(br.d，J＝4.80Hz，2H)，5.26(t，J＝5.49Hz，1H)
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：7.31(s)，52.72(br.s)，54.37(s)，57.67(br.s).
b)N,N,N-三乙基-N-(2-羟乙基)铵双(三氟甲磺酰基)酰胺
在250ml圆底烧瓶中，在剧烈搅拌下使40g(0.177mol)在70ml MQ水中的N,N,N-三乙基-N-(2-羟乙基)溴化铵溶液和53g(0.185mol)在80mlMQ水中的LiTFSI溶液混合。立刻发生相分离，但在室温下继续搅拌过夜(16小时)。然后，加入100ml CH2Cl2并分离各相。将水相用20ml CH2Cl2萃取并将合并的有机相用80ml MQ水洗涤6次。获得澄清的溶液并倒入圆底烧瓶中。首先使用旋转蒸发仪然后在高真空下在60℃除去溶剂。以此方式，获得65.71g(87％)纯的N,N,N-三乙基-N-(2-羟乙基)铵双(三氟甲磺酰基)酰胺，为无色液体。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.19(1，J＝7.14Hz，9H)，3.19-3.40(m，8H)，3.79(d，J＝4.76Hz，2H)，5.25(t，J＝5.13Hz，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：7.10(s)，52.95(br.s.)，54.71(s)，57.94(br.s.)，119.69(q，J＝321.20Hz).
c)N,N,N-三乙基-N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)铵双(三氟甲磺酰基)酰 胺
在60℃向含有65g(0.152mol)纯的N,N,N-三乙基-N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)铵TFSI的250ml圆底烧瓶中加入24.5g(0.152mol)六甲基二硅氮烷(HMDS)，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。加入后2分钟反应开始。搅拌混合物以致形成HMDS在胆碱TFSI中的细乳液。几分钟后强烈释放氨气结束，将混合物加热并且搅拌过夜(在强烈反应结束后16小时)。然后，剩余的HMDS(其位于所需产物上方的分离层)在高真空下蒸发。然后将圆底烧瓶用氩气重新填充5次并且反复抽空。在此操作期间将产物加热至70℃。最后在真空下使装置冷却并用氩气重新填充。以此方式，获得75.6g(100％)呈无色液体形式的标题化合物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.11(s，9H)，1.28(t，J＝7.3Hz，9H)，3.17-3.50(m，8H)，3.91(br.s.，2H)
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-1.20(s)，7.23(s)，53.72(br.s.)，56.02(s)，58.27(br.s.)，119.76(q，J＝321.20Hz)·
实施例5—N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N,N-二甲基-N-丙基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1132-OTMS-TFSI)的制备
a)N-(2-羟乙基)-N,N-二甲基-N-丙基溴化铵
在装配有磁力搅拌器的1000ml圆底烧瓶中放置135g(1.50mol)溶解于200ml MeCN中的2-二甲基氨基乙醇。在混合期间溶液显著冷却。在1h的时间段内向此溶液中逐滴加入200g(1.64mol)丙基溴、80ml MeCN和50ml甲苯的混合物，同时温度不允许超过35℃。开始，使用约5ml/min的加入速率，检测到升温后，此速率减少至5滴/秒。将混合物搅拌一周(57h)，在此期间分离少量白色结晶沉淀物。加入200ml乙酸乙酯以沉淀大部分产物，然后将其真空过滤，用少量乙酸乙酯洗涤并在真空烘箱中在60℃干燥。使滤液蒸发至小体积并且用乙酸乙酯沉淀另外的产物。总共，获得307g(96％)N-(2-羟乙基)-N,N-二甲基-N-丙基溴化铵。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：0.87(t，J＝7.3Hz，3H)，1.57-1.78(m，2H)，3.08(s，6H)，3.26-3.37(m，2H)，3.38-3.46(m，2H)，3.81(br.s.，2H)，5.26(t，J＝5.1Hz，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：10.57(s)，15.55(s)，50.88(t，J＝3.5Hz)，54.88(s)，64.64(br.t)，65.38(br.t).
b)N-(2-羟乙基)-N,N-二甲基-N-丙基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺
在500ml圆底烧瓶中，在剧烈搅拌下使100g(0.472mol)在100ml MQ水中的N-(2-羟乙基)-N,N-二甲基-N-丙基溴化铵溶液和135g(0.472mol)在100ml MQ水中的LiTFSI溶液混合。立刻发生相分离，但在室温下继续搅拌过夜(16小时)。然后，加入120ml CH2Cl2并分离各相。将水相用20mlCH2Cl2萃取并将合并的有机相用80ml MQ水洗涤7次。获得澄清的溶液并倒入圆底烧瓶中。首先使用旋转蒸发仪然后在高真空下在60℃除去溶剂。以此方式，获得154.67g(80％)纯的N-(2-羟乙基)-N,N-二甲基-N-丙基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺，为无色液体。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：0.89(t，J＝7.3Hz，3H)，1.59-1.80(m.2H)，3.05(s，6H)，3.21-3.32(m，2H)，3.33-3.40(m，2H)，3.83(br.s.，13H)，5.26(t，J＝4.9Hz，6H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：10.38(s)，15.51(s)，50.87(br.t)，55.02(s)，64.82(br.t)，65.65(br.t)，119.58(q，J＝321.8Hz).
19F NMR(470MHz，DMSO-d6)δ/ppm：-78.76(s).
c)N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N,N-二甲基-N-丙基铵双(三氟甲磺酰 基)酰胺
在室温下向含有154.6g(0.38mol)纯的N-(2-羟乙基)-N,N-二甲基-N-丙基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺的250ml圆底烧瓶中加入72.63g(0.45mol)六甲基二硅氮烷(HMDS)，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。将混合物缓慢加热至60-70℃并且搅拌以致形成HMDS在IL中的细乳液。当温度达到60℃时开始剧烈释放氨气并且几分钟后结束，但将混合物加热并且搅拌过夜(在剧烈反应结束后16小时)。然后，倒出剩余的HMDS(其位于所需产物上方的分离层)。获得略带颜色的油状物并用150mlCH2Cl2稀释。加入10g活性炭并将混合物加热至其沸点保持3分钟。然后将混合物冷却至室温并在1h后通过0.22μm PTFE过滤器过滤。使用旋转蒸发仪除去溶剂。向澄清的产物中加入5ml新配制的HMDS。将所得的混合物剧烈搅拌并加热至70℃保持一小时。然后，真空除去挥发性化合物并将烧瓶用氩气重新填充6次并且反复抽空。在此操作期间将产物加热至70℃。最后，在真空下使装置冷却并用氩气重新填充。以此方式，获得183g(99％)呈无色液体形式的标题化合物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.10(s，9H)，0.95(t，J＝7.1Hz，3H)，1.65-1.83(m，2H)，3.08(s，6H)，3.21-3.31(m，2H)，3.40(dt，J＝4.5，2.3Hz，2H)，3.94(br.s.，2H).
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-4.96-1.24(m)，9.90(br.s.)，15.95(br.s.)，51.56(br.s.)，56.49(s)，64.90(br，s.)，67.02(br.s).119.68(q，J＝321.Hz).
19F NMR(470MHz，氯仿-d)δ/ppm：-78.87(s).
实施例6—N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N-甲基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰基)酰胺的制备
a)氯化N-(2-羟乙基)-N-甲基吡咯烷鎓
在装配有磁力搅拌器的250ml圆底烧瓶中放置30g(0.352mol)溶解于83g甲苯中的N-甲基吡咯烷。在0.5h的时间段内向此溶液中逐滴加入28.3g(0.352mol)2-氯乙醇在20g甲苯中的混合物。将混合物搅拌一周(57h)，在此期间未发现反应完全的标志。因此将混合物加热至80℃保持14h，在此期间发生相分离。将混合物冷却至室温并且底层固化。将甲苯倒出，然后将固体粉碎并溶解于甲醇中。加入5g活性炭。将混合物加热至其沸点，冷却并过滤。使滤液蒸发以获得43.34g(75％)标题氯化N-(2-羟乙基)-N-甲基吡咯烷鎓。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.93-2.17(m，4H)，3.08(s，3H)，3.47(dd，J＝6.04，4.21Hz，2H)，3.52-3.62(m，4H)，3.80(dd，J＝4.39，2.20Hz，5.72(t，J＝5.31Hz，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：25.64(s)，52.57(br.s.)，60.17(s)，68.93(br.s.)，69.31(br.s.).
b)N-(2-羟乙基)-N-甲基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰基)酰胺
在250ml圆底烧瓶中，在剧烈搅拌下使38g(0.23mol)氯化N-(2-羟乙基)-N-甲基吡咯烷鎓在130ml MQ水中的溶液和65g(0.23mol)固体LiTFSI混合。立刻发生相分离，但在室温下继续搅拌过夜(16小时)。然后，加入80ml CH2Cl2并分离各相。将有机相用80ml MQ水洗涤7次。获得澄清的溶液并倒入圆底烧瓶中。首先使用旋转蒸发仪然后在高真空下在65℃除去溶剂。以此方式，获得67.46g(70％)纯的N-(2-羟乙基)-N,N-二甲基-N-丙基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺，为无色液体。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.96-2.21(m，4H)，3.03(s，3H），3.42(dd，J＝5.86，4.39Hz，2H)，3.46-3.59(m，4.H)，3.76-3.92(m，2H)，5.27(t，J＝4.76Hz，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：20.89(s)，47.98(t，J＝3.50Hz)，55.59(s)，64.31(t，J＝2.80Hz)，64.65(t，J＝2.80Hz)，119.54(q，J＝322.00Hz).
c)N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N-甲基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰基)酰 胺
在室温下向含有67.46g(0.164mol)纯的N-(2-羟乙基)-N-甲基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰基)酰胺的250ml圆底烧瓶中加入27g(0.168mol)六甲基-二硅氮烷(HMDS)，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。使混合物缓慢加热至60-70℃并且搅拌以致形成HMDS在IL中的细乳液。接近60℃时开始剧烈释放氨气并在几分钟后结束。将混合物加热并且搅拌过夜(在剧烈反应结束后16小时)。然后，真空除去挥发性化合物并将烧瓶用Ar重新填充6次并且反复抽空。在此操作过程中将产物加热至70℃。最后，在真空下使装置冷却并用氩气重新填充。以此方式，获得81g(100％)呈无色液体形式的标题化合物，其在室温下固化。此固体的熔点约40℃。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.07(s，9H)，2.01-2.26(m，4H)，3.02(s，3H)，3.32-3.43(m，2H)，3.44-3.62(m，4H)，3.84-4.00(m，2H).
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-1.35(s)，20.96(s)，48.29(br.s.)，56.65(s)，65.11(br.s.)，65.35(br.s)，119.57(q，J＝323.70Hz).
19F NMR(470MHz，氯仿-d)δ/ppm：-79.21(s)
实施例7-1-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-2，3-二甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)酰胺的制备
a)氯化1-(2-羟乙基)-2，3-二甲基咪唑鎓
在装配有磁力搅拌器的250ml圆底烧瓶中放置48.07g(0.5mol)溶解于80ml甲苯中的1，2-二甲基咪唑。向此溶液中一次性加入40.26g(0.5mol)2-氯乙醇。在70℃将混合物搅拌一周(57h)，在此期间未发现反应完全的标志。将混合物加热至回流24h，在此期间发生相分离。使混合物冷却至室温并且较低的黄色油状物层固化。倒出甲苯，然后将固体粉碎，用新配制的甲苯洗涤并过滤。使产物干燥以获得87.25g(98％)标题氯化1-(2-羟乙基)-2，3-二甲基咪唑鎓。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：2.63(s，3H)，3.64(q，J＝5.13Hz，2H)，3.79(s，3H)，4.23(t，J＝4.94Hz，2H)，5.59(t，J＝5.68Hz，1H)，7.69-7.79(m，2H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：9.78(s)，34.72(s)，50.22(s)，59.60(s)，121.23(s)，122.13(s)，144.86(s)
b)1-(2-羟乙基)-2，3-二甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)酰胺
在250ml圆底烧瓶中，在剧烈搅拌下使20g(0.113mol)在130ml MQ水中的氯化N-(2-羟乙基)-N-甲基吡咯烷鎓溶液和36g(0.125mol)固体LiTFSI混合。立刻发生相分离，但在室温下继续搅拌过夜(16小时)。然后，加入80ml CH2Cl2并分离各相。将有机相用50ml MQ水洗涤4次。获得澄清的溶液并倒入圆底烧瓶中。首先使用旋转蒸发仪然后在高真空下在65℃除去溶剂。以此方式，获得23.2g(49％)1-(2-羟乙基)-2，3-二甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)酰胺，为无色液体。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：2.59(s，3H)，3.64-3.74(m，2H)，3.76(s3H)，4.18(t，J＝4.70Hz，2H)，5.11(br.s，1H)，7.59(s，2H)
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：9.48(s)，34.71(s)50.38(s)，59.76(s)，119.63(q，J＝321.70Hz)，121.36(s)，122.26(s)，144.95(s)
c)1-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-2，3-二甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)酰 胺
在室温下向50ml圆底烧瓶中加入8.42g(0.02mol)纯的1-(2-羟乙基)-2，3-二甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)酰胺和3.42g(0.02mol)六甲基二硅氮烷(HMDS)，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。将混合物缓慢加热至60-70℃并且搅拌以致形成HMDS在IL中的细乳液。当温度达到80℃时开始剧烈释放氨气并在几分钟后结束。在80℃将混合物搅拌4小时并在室温下过夜(在剧烈反应结束后16小时)。然后，真空除去挥发性化合物。将烧瓶用氩气重新填充6次并且反复抽空。在此操作期间使产物加热至70℃。最后，在真空下使装置冷却并且用氩气重新填充。以此方式，获得9.8g(100％)呈无色液体形式的标题化合物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.00(s，9H)，2.55(s，3H)，3.75(s，3H)，3.82(t，J＝4.70Hz，2H)，4.15(t，J＝4.70Hz，3H)，7.18(m，J＝2.20Hz，1H)，7.24(m，J＝1.80Hz，1H)
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-2.61-0.00(m)，9.56(s)，35.01(s)，50.67(s)，60.70(s)，119.58(q，J＝321.70Hz)，121.22(s)，122.13(s)，144.50(s).
19F NMR(470MHz，氯仿-d)□/ppm：-79.19(s)
实施例8-氯化1-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-3-甲基咪唑鎓的制备
a)氯化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑鎓
在装配有磁力搅拌器的250ml圆底烧瓶中放置30.3g(0.37mol)溶解于50ml MeCN中的1-甲基咪唑。向此溶液中一次性加入35g(0.435m0l)2-氯乙醇。使混合物搅拌回流48小时，在此期间未发现完全发生相分离的标志。使混合物冷却至室温并且将其小部分(5ml)用30ml乙酸乙酯混合。分离黄色油状物，用新配制的乙酸乙酯洗涤并真空干燥。静置后，它固化为结晶固体，其被鉴定为氯化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑鎓。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：3.68(t，J＝4.94Hz，2H)，3.87(s，3H)，4.25(t，J＝4.94Hz，2H)，5.60(br.s.，1H)，7.79-7.84(m，1H)，7.85(t，J＝1.65Hz，1H)9.41(s，1H)
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：35.71(s)，51.49(s)，59.29(s)，122.66(s)，123.26(s)，136.90(s).
b)氯化1-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-3-甲基咪唑鎓
在室温下使上述步骤a)的剩余反应混合物与53ml HMDS混合并使其在N2吹扫下回流。一开始，形成两层，但约30分钟后，它们开始混溶并共混在一起。24小时后，使用旋转蒸发仪和高真空除去挥发性化合物。获得80g(98％)极粘稠的黄色油状物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：-0.15(s，9H)，3.68-3.79(m，2H)，3.91(s，3H)，4.23-4.38(m，2H)，7.37(t，J＝1.65Hz，1H)，7.60(t，J＝1.65Hz，1H)，10.13(s，1H)
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-1.19(s)，36.07(s)，51.49(s)，60.74(s)，122.59(s)，122.89(s)，137.11(s)
实施例9-N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N，N，N-三甲基铵双(三氟甲 磺酰基)酰胺(N1112-OTMS-TFSI)的循环伏安法(CV)
将在实施例1中制备的化合物装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图1)。
实施例10-N-乙基-N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N，N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1122-OTMS-TFSI)的CV
将在实施例2中制备的化合物装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图2)。
实施例11—0.3M LiTFSI在N-乙基-N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1122-OTMS-TFSI)中的CV
通过将1.7225g LiTFSI混合于20ml实施例2的IL来制备LiTFSI的0.3摩尔溶液。将此溶液装入电化学电池。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图3)。
实施例12—电解质与LiFePO4电极的兼容性
将实施例11中制备的电解质在具有LiFePO4(LFP)电极的三电极电化学电池中进行测试。使用在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中以84:3:3:10重量％比率的LiFePO4、碳黑和聚偏氟乙烯(PVDF)的混合物制备阴极材料。然后将此混合物涂覆在铝集电器上。在使用前使电极材料在120℃在真空烘箱中干燥12h。两块Li金属片用作参比电极和对电极。基于LiFePO4的工作电极在2-4V之间相对于Li以C/24电流速率循环(图4)。在形成的第三循环中发现可逆容量为142mAh/g。
实施例13—电解质与LiNi1/2Mn3/2O4电极的兼容性
将实施例11中制备的电解质在具有LiNi1/2Mn3/2O4电极的三电极电化学电池中进行测试。使用在NMP中以84:3:3:10重量％比率的LiNi1/2Mn3/2O4、碳黑和聚偏氟乙烯(PVDF)的混合物制备阴极材料。然后将混合物涂覆在铝集电器上。在使用前使电极材料在120℃在真空烘箱中干燥12h。两块Li金属片用作参比电极和对电极。作为工作电极的LiNi1/2Mn3/2O4在3-4.9V之间相对于Li以C/24电流速率循环。发现仅一半的理论容量具有非常高的充电/放电滞后。不能发现平台电位。
实施例14—电解质与石墨电极的兼容性
将实施例11中制备的电解质在具有石墨(OMAC,Osaka Japan)电极的三电极电化学电池中进行测试。通过混合NMP中以92:2:6重量％比率的石墨、碳黑和PVDF来制备负电极，然后将混合物涂覆在铜集电器上。在使用前使电极材料在120℃在真空烘箱中干燥12h。两块Li金属片用作参比电极和相对于Li的对电极。石墨工作电极在0-2V之间相对于Li以C/24电流速率循环(图5)。发现第一个循环中库伦效率为83％并且可逆容量为290mAh/g。
实施例15—N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N,N-二甲基-N-丙基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1132-OTMS-TFSI)的CV
将实施例5中制备的化合物装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图6)。
实施例16—0.3M LiTFSI在N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N,N-二甲基-N-丙基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1132-OTMS-TFSI)中的CV
通过将1.7225g LiTFSI混合于20ml IL来制备LiTFSI在实施例5的IL中的0.3摩尔溶液。将此电解质装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图7)。
实施例17—电解质与活性LiFePO4电极的兼容性
将实施例16中制备的电解质在具有LiFePO4电极的三电极电化学电池中进行测试。如实施例12所述制备阴极材料。两块Li金属片用作参比电极和对电极。作为工作电极的LiFePO4在2-4V之间相对于Li、石墨在2V和4V之间相对于Li以C/24电流速率循环(图8)。发现可逆容量为113mAh/g。
实施例18—电解质与活性LiNi1/2Mn3/2O4电极的兼容性
将实施例16中制备的电解质在具有LiNi1/2Mn3/2O4电极的三电极电化学电池中进行测试。如实施例13所述制备阴极材料。两块Li金属片用作参比电极和对电极。工作电极LiNi1/2Mn3/2O4在3-4.9V之间相对于Li以C/24电流速率循环。获得具有高电压阴极的70mAh/g容量。
实施例19—电解质与活性石墨电极的兼容性
将实施例16中制备的电解质在具有石墨电极的三电极电化学电池中进行测试。如实施例14所述制备阴极材料。两块Li金属片用作参比电极和对电极并且石墨用作工作电极。电池在0-2.5V之间相对于Li以C/24电流速率循环。获得的可逆容量为30mAh/g。
实施例20—N,N,N-三乙基-N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N2222-OTM-TFSI)的CV
将实施例4中制备的化合物装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图9)。
实施例21—0.3M LiTFSI在N,N,N-三乙基-N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)铵双(三氟甲磺酰基)酰胺中的CV
通过将1.7225g LiTFSI混合于20ml IL中来制备LiTFSI在实施例4中制备的IL中的0.3摩尔溶液。将此溶液装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图10)。
实施例22—电解质与活性电极的兼容性
将实施例21中制备的电解质在三电极电化学电池中进行测试。如实施例14所述制备阳极材料。两块Li金属片用作参比电极并且石墨用作工作电极。电池在0-2.5V之间相对于Li以C/24电流速率循环。在第3个循环获得160mAh/g可逆容量。
实施例23—N,N-二乙基-N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N-甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1222-OTMS-TFSI)的CV
将实施例3中制备的化合物装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图11)。
实施例24—0.3M LiTFSI在N,N-二乙基-N-(2-三甲基甲硅烷氧基乙基)-N-甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1222-OTM-TFSI+0.3M LiTFSI)中的CV
通过将1.7225g LiTFSI混合于20ml IL中来制备LiTFSI在实施例3中制备的IL中的0.3摩尔溶液并装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图12)。
实施例25—电解质与石墨的兼容性
将实施例24中制备的电解质在具有石墨电极的三电极电化学电池中进行测试。如实施例14所述制备阳极材料。两块Li金属片用作参比电极和对电极并且石墨用作工作电极。电池在0-2.5V之间相对于Li以C/24电流速率循环(图13)。在第一循环中锂于石墨中的嵌入是成功的并且具有低的库伦效率，且在6个循环后在随后的循环中以C/24在可逆容量192mAh/g下增加至84％。
实施例26—电解质与SiOx的兼容性
将实施例11中制备的电解质在具有SiOx电极的三电极电化学电池中进行测试。通过在NMP中以83:2:15重量％比率混合SiOx粉末、碳黑和藻酸盐，然后将此混合物涂覆到铜集电器上来制备负电极。在使用前将电极材料在150℃在真空烘箱中干燥12h。两块Li金属片用作参比和对电极并且石墨用作工作电极。电池在0.05-2.5V之间相对于Li以C/24电流速率和60℃循环(图14)。在第一循环中锂于SiOx材料中的嵌入以C/24在可逆容量520mAh/g下是成功的并且具有良好的库伦效率(99％)。
实施例27—粘度测定
使用Anton Paar Physica MCR301仪器使用PP50-SN5204测量设备测定上述离子液体的粘度。在高温下，获得所有离子液体的可比较的粘度(图15)。粘度按以下顺序增加：N1122-OTMS-TFSI、N1112-OTMS-TFSI、N1132-OTMS-TFSI、N1222-OTMS-TFSI、N2222-OTMS-TFSI。
实施例28—传导性的测定
使用由Materials Mates Italia S.r.L制备的MMulty Conductimeter在室温和90℃之间测量离子化合物/液体的传导性。传导性测量示出不同离子化合物或离子液体的传导性，如以下顺序(图16)：N1122-OTMS-TFSI>N1112-OTMS-TFSI>N2222-OTMS-TFSI>N1222-OTMS-TFSI>N1132-OTMS-TFSI。在24℃，最高值为1.38x10-3(N1122)并且最低值为1.05x10-3(N1132)。在60℃，最高值为4.41x10-3(N1122)并且最低值为3.83x10-3(N1132)。
实施例29—N-乙基-N-(2-(乙基二甲基甲硅烷氧基)乙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1122-OEDMS-TFSI)的制备
在室温下向含有以与实施例4a和4b中所述的相似方式制备的91g(0.228mol)纯的N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基铵TFSI的250ml圆底烧瓶中加入45g(0.282mol)(二乙基氨基)乙基二甲基硅烷，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。将混合物缓慢加热至60-70℃并且搅拌以致形成硅烷在IL中的细乳液。当温度达到60℃时发现剧烈释放气态二乙胺。此剧烈释放持续几分钟。在剧烈反应结束后将混合物加热并且搅拌5小时。然后，将剩余的硅烷(其位于所需产物上方的分离层)在高真空下蒸发。将产物溶解于CH2Cl2并加入活性炭。混合物加热至其沸点，冷却至室温，过滤并且再次蒸发。然后，将圆底烧瓶用氩气重新填充6次并且反复抽空。在此操作期间使产物加热至70℃。最后，在真空下使装置冷却并用氩气重新填充。以此方式，获得100g(90％)标题化合物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.08(s，6H)，0.56(q，J＝8.19Hz，2H)，0.84-0.95(m，3H)，1.34(t，J＝7.32Hz，3H)，3.07(s，6H)，3.34-3.40(m，2H)，3.44(q，J＝7.60Hz，2H)，3.91-4.00(m，2H).
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-3.43(s)，6.27(s)，7.28(s)，7.97(s)，50.97(t，J＝3.45Hz)，56.59(s)，61.49(br.s.)，64.58(br.s.)，119.67(q，J＝320.70Hz).
19F NMR(470MHz，氯仿-d)δ/ppm：-78.90(s).
实施例30—N-乙基-N-(2-(三乙基甲硅烷氧基)乙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1122-OTES-TFSI)的制备
在室温下向含有以与实施例4a和4b类似的方式制备的80g(0.201mol)纯的N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基铵TFSI的250ml圆底烧瓶中加入40g(0.251mol)(二甲基氨基)三乙基硅烷，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。使混合物缓慢加热至60-70℃并且搅拌以致形成硅烷在IL中的细乳液。当温度达到60℃时发现剧烈释放气态二甲基铵。此剧烈释放持续几分钟。在剧烈反应结束后使混合物加热并且搅拌4小时。然后，将剩余的硅烷(其位于所需产物上方的分离层)在高真空下蒸发。将产物溶解于CH2Cl2并加入活性炭。将混合物加热至其沸点，冷却至室温，过滤并且再次蒸发。然后，将圆底烧瓶用氩气重新填充6次并且反复抽空。在此操作期间将产物加热至70℃。最后，在真空下使装置冷却并用氩气重新填充。以此方式，获得102g(100％)标题化合物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.58(q.J＝8.20Hz，6H)，0.90(t，J＝8.20Hz，9H)，1.33(t，J＝7.32Hz，3H)，3.06(s，6H)，3.35-3.39(m，2H)，3.44(q，J＝7.02Hz，2H)，3.90-4.04(m，2H).
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：3.73(s)，6.32(s)，7.92(s)，50.91(t，J＝3.45Hz)，56.88(s)，61.45(br.s)，64.58(br.s.)，119.65(q，J＝321.90Hz).
19F NMR(470MHz，氯仿-d)δ/ppm：-78.90(s).
实施例31—N-乙基-N-(2-(三甲基甲硅烷氧基)乙基)-N,N-二甲基铵N-氟磺酰基-三氟甲磺酰基酰胺(N1122-OTMS-FTFSI)的制备
a)N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基铵N-氟磺酰基-三氟甲磺酰基酰胺
在250ml圆底烧瓶中，在剧烈搅拌下使60g(0.304mol)N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基溴化铵(以与实施例4a类似的方式制备)在70ml MQ水中的溶液和83g(0.309mol)N-氟磺酰基-三氟甲磺酰基酰胺锂(Li-FTFSI)在80ml MQ水中的溶液混合一起。立刻发生相分离，但在室温下继续再搅拌4小时。然后，加入100ml CH2Cl2并分离各相。用50ml CH2Cl2萃取水相并将合并的有机相用100ml MQ水洗涤6次。获得澄清的无色溶液。将此溶液倒入圆底烧瓶中。使用旋转蒸发仪然后在高真空下在60℃除去溶剂。以此方式，获得89g(84％)纯的N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基铵N-氟磺酰基-三氟甲磺酰基酰胺。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.15-1.34(m)，3.03(s)，3.32-3.44(m)，3.83(s)，5.27(t，J＝4.97Hz).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：7.87(s)，49.98-50.75(m)，55.09(s)，59.44-60.37(m)，64.02-64.60(m)，119.74(qd，J＝321.90，2.30Hz).
19F NMR(470MHz，DMSO-d6)δ/ppm：-77.98(d，J＝3.58Hz，.F)，57.57(q，J＝3.97Hz，1F).
b)N-乙基-N-(2-(三甲基甲硅烷氧基)乙基)-N,N-二甲基铵N-氟磺酰基- 三氟甲磺酰基酰胺
在室温下向含有89g(0.255mol)纯的N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基铵FTFSI的250ml圆底烧瓶中加入32g(0.20mol)六甲基二硅氮烷(HMDS)，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。将此混合物缓慢加热至50℃并且搅拌以致形成HMDS在IL中的细乳液。当温度达到50℃时发现剧烈释放氨气。此剧烈释放持续几分钟。在剧烈反应结束后将混合物加热并且再搅拌4小时。然后，将剩余的HMDS(其位于所需产物上方的分离层)在高真空下蒸发。然后，将圆底烧瓶用氩气重新填充6次并且反复抽空。在此操作期间将产物加热至70℃。最后，在真空下使装置冷却并用氩气重新填充。以此方式，获得106g(99％)标题化合物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.12(s，9H)，1.36(t，J＝7.02Hz，3H)，3.08(s，6H)，3.36-3.41(m，2H)，3.45(q，J＝7.60Hz，4H)，3.97(s，2H).
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-1.07(s)，8.15(s)，51.17(t，J＝3.45Hz)，56.56(s)，61.65(br.s.)，64.75(br.s.)，119.87(qd，J＝321.90，2.30Hz).
19F NMR(470MHz，氯仿-d)δ/ppm：-78.07(d，J＝4.17Hz，3F)，57.52(q，J＝3.98Hz，1F).
实施例32—N-乙基-N-(2-(三甲基甲硅烷氧基)乙基)-N,N-二甲基铵双(氟磺酰基)酰胺(N1122-OTMS-FSI)的制备
a)N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺
在250ml圆底烧瓶中，在剧烈搅拌下使53g(0.268mol)N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基溴化铵(以与实施例4a类似的方式制备)在70ml无水MeCN中的溶液和60g(0.273mol)双(氟磺酰基)酰胺钾(K-FSI)在80ml无水MeCN中的溶液混合。立刻发生相分离，但在室温下继续搅拌过夜。然后，加入100ml CH2Cl2并滤掉KBr。将滤液用50ml CH2Cl2洗涤3次。获得澄清的无色溶液，将其倒入圆底烧瓶。使用旋转蒸发仪然后在高真空下在65℃除去溶剂。以此方式，获得74g(93％)呈凝胶状晶体形式的纯的N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基铵双(氟磺酰基)酰胺。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.24(tt，J＝7.30，1.80Hz，3H)，3.02(s，6H)，3.31-3.44(m，4H)，3.73-3.90(m，2H)，5.27(t，J＝4.97Hz，6H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：7.87(s)，50.28(t，J＝3.40Hz)，54.96(s)，59.78(t，J＝2.30Hz).64.16(t，J＝2.30Hz).
19F NMR(470MHz，DMSO-d6)δ/ppm：53.18(s).
b)N-乙基-N-(2-(三甲基甲硅烷氧基)乙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺 酰基)酰胺
在室温下向含有74g(0.237mol)溶解于80ml无水MeCN中的N-乙基-N-2-羟乙基-N,N-二甲基铵FSI的250ml圆底烧瓶中加入32g(0.20mol)六甲基二硅氮烷(HMDS)，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。将混合物缓慢加热至40℃并且搅拌。开始立即剧烈释放氨气并持续几分钟。在剧烈反应结束后将混合物加热并且搅拌4小时。然后，在高真空下使挥发物蒸发。将剩余物溶解于CH2Cl2中，用活性炭纯化，过滤并蒸发。然后，将圆底烧瓶用氩气重新填充6次并且反复抽空。在此操作期间将产物加热至70℃。最后，在真空下使装置冷却并用氩气重新填充。以此方式，获得74g(85％)呈无色液体形式的标题化合物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.08(s，9H)，1.32(t，J＝7.32Hz，3H)，3.03(s，6H)，3.30-3.35(m，2H)，3.39(q，J＝7.20Hz，2H)，3.93(dt，J＝4.24，2.27Hz，2H).
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-1.31(s)，7.88(s)，50.91(t，J＝3.45Hz)，56.25(s)，61.36(br.s.)，64.52(t，J＝2.30Hz).
19F NMR(470MHz，氯仿-d)δ/ppm：53.04(s).
实施例33—N-乙基-N-(3-(三甲基甲硅烷氧基)丙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰)酰胺(N1123-OTMS-TFSI)的制备
a)N-乙基-N-(3-羟丙基)-N,N-二甲基氯化铵
在装配有磁力搅拌器的300ml 316SS高压釜中放置94.5g(1mol)3-氯丙醇和74g(1.01mol)乙基二甲基铵。使用磁力恒温搅拌器将混合物搅拌并加热至140℃保持24h。冷却后，将所得的蜡状固体溶解于350mlMeOH中，用活性炭煮沸，冷却并过滤。将滤液蒸发至干并分离产物，为无色结晶固体。总共，获得150g(90％)N-乙基-N-(3-羟基丙基)-N,N-二甲基氯化铵。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.21(t，J＝7.02Hz，3H)，1.71-1.88(m.2H)，3.02(s，6H)，3.30-3.40(m，4H)，3.39-3.49(m，2H)，5.13(t，J＝5.27Hz，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：7.79(s)，25.29(s)，49.47(t，J＝3.45Hz)，57.48(s)，58.26(br.s.)，60.36(br.s.).
b)N-乙基-N-(2-羟丙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺
在250ml圆底烧瓶中，在剧烈搅拌下使60g(0.358mol)N-乙基-N-(3-羟基丙基)-N,N-二甲基氯化铵在70ml MQ水中的溶液和104g(0.360mol)LiTFSI在80ml MQ水中的溶液混合一起。立刻发生相分离，但在室温下继续再搅拌4小时。然后，加入100ml CH2Cl2并分离各相。用50ml CH2Cl2萃取水相并将合并的有机相用100ml MQ水洗涤6次。获得澄清的无色溶液。将此溶液倒入圆底烧瓶中。使用旋转蒸发仪然后在高真空下在60℃除去溶剂。以此方式，获得111.2g(75％)纯的N-乙基-N-(2-羟基丙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺，为无色液体。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.18-1.30(m，3H)，1.73-1.86(m，2H)，2.98(s，6H)，3.22-3.39(m，4H)，3.49(q，J＝5.27Hz，2H)，4.78(t，J＝4.68Hz，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：7.68(s)，25.31(s)，49.20-49.78(m)，57.66(s)，58.56(br.s.)，60.07-61.14(m)，119.58(q，J＝321.80Hz).
19F NMR(470MHz，DMSO-d6)δ/ppm：-78.78(s).
c)N-乙基-N-(3-三甲基甲硅烷氧基丙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰 基)酰胺
在室温下向含有111g(0.269mol)纯的N-乙基-N-(3-羟基丙基)-N,N-二甲基铵TFSI的250ml圆底烧瓶中加入43g(0.266mol)六甲基二硅氮烷(HMDS)，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。将混合物缓慢加热至60-70℃并且搅拌以致形成HMDS在IL中的细乳液。当温度达到60℃时发现剧烈释放氨气。此释放持续几分钟。在剧烈反应结束后将混合物加热并且搅拌4小时。然后，将剩余的HMDS(其位于所需产物上方的分离层)在高真空下蒸发。然后，用氩气将圆底烧瓶重新填充6次并且反复抽空。在此操作期间将产物加热至70℃。最后，在真空下使装置冷却并用氩气重新填充。以此方式，获得129g(99％)呈无色液体形式的标题化合物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.04(s，9H)，1.30(t，J＝7.02Hz，3H)，1.78-1.97(m，2H)，2.96(s，6H)，3.23-3.37(m，4H)，3.60(t，J＝5.56Hz，2H).
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-1.12(s)，7.65(s)，25.37(s)，50.29(t，J＝3.45Hz)，58.16(s)，59.61(br.s.)，61.41(br.s.)，119.61(q，J＝321.90Hz).
19F NMR(470MHz，氯仿-d)δ/ppm：-79.22(s).
实施例34—N-乙基-N-(4-(三甲基甲硅烷氧基)丁基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1124-OTMS-TFSI)的制备
a)N-乙基-N-(4-羟丁基)-N,N-二甲基氯化铵
在装配有磁力搅拌器的300ml 316SS高压釜中放置50g 86％(0.391mol)氯丁醇和34g(0.469mol)乙基二甲基铵。使用磁力恒温搅拌器将混合物搅拌并加热至150℃保持30h。冷却后，将所得的蜡状固体溶解于水，用NaOH碱化以除去未季胺化的胺，并最后蒸发至干。总共，获得56.8g(大约70％)N-乙基-N-(4-羟基丁基)-N,N-二甲基氯化铵，为NaCl和NaOH的混合物。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.09-1.25(m，3H)，1.27-1.46(m，2H)，1.64(dt，J＝16.09，7.75Hz，2H)，2.99(s，6H)，3.20-3.45(m，6H)，4.40(br.s.1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：7.96(s)，18.93(s)，30.14(s)，49.43(br.s.)，58.32(br.s.)，60.15(s)，62.53(s).
b)N-乙基-N-(4-羟丁基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺
在250ml圆底烧瓶中，在剧烈搅拌下将上述a)中获得的混合物的水溶液用HCl中和并与87g(0.300mol)在80ml MQ水中的LiTFSI溶液混合。立刻发生相分离，但在室温下继续再搅拌4小时。然后，加入100ml CH2Cl2并分离各相。用50ml CH2Cl2萃取水相并将合并的有机相用100ml MQ水洗涤6次。获得澄清的无色溶液。将其倒入圆底烧瓶中。使用旋转蒸发仪然后在高真空下在60℃除去溶剂。以此方式，获得53.29g纯的N-乙基-N-(4-羟基丁基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰)酰胺，为无色液体。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.15-1.30(m，3H)，1.37-1.58(m，2H)，1.61-1.80(m，2H)，2.89-3.00(m，6H)，3.16-3.38(m，4H)，3.41-3.52(m，2H)，4.55(s，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：18.70(s)，29.06(s)，48.98-49.88(m)，58.55(br.s.)，59.91(s)，62.45(br.s.)，70.05(s)，119.56(q，J＝321.90Hz).
19F NMR(470MHz，DMSO-d6)δ/ppm：-75.36(s).
c)N-乙基-N-(4-三甲基甲硅烷氧基丁基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰 基)酰胺
在室温下向含有53g(0.125mol)纯的N-乙基-N-(4-羟基丁基)-N,N-二甲基铵TFSI的250ml圆底烧瓶中加入20g(0.125mol)六甲基二硅氮烷(HMDS)，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。将混合物缓慢加热至60-70℃并且搅拌以致形成HMDS在IL中的细乳液。当温度达到60℃时发现剧烈释放氨气。此释放持续几分钟。在剧烈反应结束后将混合物加热并且搅拌4小时。然后，在高真空下使挥发物蒸发。将剩余物溶解于CH2Cl2中，用活性炭纯化、过滤并蒸发。然后，将圆底烧瓶用氩气重新填充6次并且反复抽空。在此操作期间将产物加热至70℃。最后，在真空下使装置冷却并用氩气重新填充。以此方式，获得47g(74％)呈无色液体形式的标题化合物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.07(s，9H)，1.33(t，J＝7.32Hz，3H)，1.46-1.64(m，2H)，1.67-1.86(m，2H)，2.98(s，6H)，3.15-3.28(m，2H)，3.34(q，J＝7.02Hz，2H)，3.60(t，J＝5.85Hz，2H).
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-0.83(s)，7.83(s)，19.26(s)，28.49(s)，50.13(br.s.)，59.70(br.s.），61.04(s)，63.54(br.s)，119.69(q，J＝321.90Hz).
19F NMR(470MHz，氯仿-d)δ/ppm：-79.16(s).
实施例35—N-乙基-N-(6-(三甲基甲硅烷氧基)己基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1126-OTMS-TFSI)的制备
a)N-乙基-N-(6-羟己基)-N,N-二甲基氯化铵
在装配有磁力搅拌器的300ml 316SS高压釜中放置25g(0.183mol)6-氯己醇、16g(0.220mol)乙基二甲基铵和50mg KI。使用磁力恒温搅拌器将混合物搅拌并加热至100℃保持72h。冷却后，将所得的蜡状固体粉碎并在80℃/1.4mm Hg抽空，并且最后从MeOH/丙酮中重结晶。总共，获得38g(99％)N-乙基-N-(6-羟己基)-N,N-二甲基氯化铵。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm1.21(t，J＝7.10Hz，3H)，1.24-1.48(m，6H)，1.55-1.71(m，2H)，3.00(s，6H)，3.18-3.30(m，2H)，3.30-3.43(m，4H)，4.55(t，J＝4.97Hz，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：7.82(s)，21.66(br.s)，25.00(br.s)，25.67(br.s)，32.17(s)，49.30(t，J＝3.40Hz)，58.29(br.s.)，60.38(s)，62.21(br.s.).
b)N-乙基-N-(6-羟己基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺
在250ml圆底烧瓶中，在剧烈搅拌下使30g(0.143mol)N-乙基-N-(6-羟己基)-N,N-二甲基氯化铵和43g(0.150mol)LiTFSI在80ml MQ水中的溶液混合一起。立刻发生相分离，但在室温下继续再搅拌4小时。然后，加入100ml CH2Cl2并分离各相。用50ml CH2Cl2萃取水相并将合并的有机相用100ml MQ水洗涤6次。获得澄清的溶液。将此溶液倒入圆底烧瓶中。使用旋转蒸发仪然后在高真空下在60℃除去溶剂。以此方式，获得58.4g(90％)纯的N-乙基-N-(6-羟己基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺，为液体。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.23(t，J＝7.20Hz，3H)，1.27-1.51(m，6H)，1.55-1.76(m，2H)，2.96(s，6H)，3.14-3.25(m，2H)，3.31(q，J＝7.02Hz，2H)，3.40(t，J＝6.15Hz，2H)，4.36(br.s.，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：7.70(s)，21.73(s)，25.03(s)，25.67(s)，32.23(s)，48.68-49.74(m)，58.58(br.s.)，60.55(s)，62.53(br.s.)，119.56(q，J＝321.90Hz).
19F NMR(470MHz，DMSO-d6)δ/ppm：-78.79(s).
c)N-乙基-N-(6-三甲基甲硅烷氧基己基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰 基)酰胺
在室温下向含有58g(0.129mol)纯的N-乙基-N-(4-羟基丁基)-N,N-二甲基铵TFSI的250ml圆底烧瓶中加入20g(0.129mol)六甲基二硅氮烷(HMDS)，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。将混合物缓慢加热至60-70℃并且搅拌以致形成HMDS在IL中的细乳液。当温度达到60℃时发现剧烈释放氨气。此释放持续几分钟。在剧烈反应结束后将混合物加热并且搅拌4小时。然后，在高真空下使挥发物蒸发。将剩余物溶解于CH2Cl2，用活性炭纯化，过滤并蒸发。然后，将圆底烧瓶用氩气重新填充6次并且反复抽空。在此操作期间使产物加热至70℃。最后，在真空下使装置冷却并用氩气重新填充。以此方式，获得63g(93％)呈粘稠液体形式的标题化合物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.05(s，9H)，1.22-1.41(m，7H)，1.47(d，J＝7.02Hz，2H)，1.55-1.75(m，2H)，2.96(s，6H)，3.10-3.22(m，2H)，3.31(q，J＝7.00Hz，2H)，3.52(t，J＝6.15Hz，2H).
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-0.76(s)，7.82(s)，22.31(s)，25.09(s)，25.62(s)，32.10(s)，50.01(br.s.)，59.68(br.s)，61.99(s)，63.83(br.s)，119.64(q，J＝321.90Hz).
19F NMR(470MHz，氯仿-d)δ/ppm：-79.16(s).
实施例36-N-乙基-N-2-(2-(三甲基甲硅烷氧基)乙氧基)乙基-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1122O2-OTMS-TFSI)的制备
a)N-乙基-N-2-(2-羟基乙氧基)乙基-N,N-二甲基氯化铵
在装配有磁力搅拌器的300ml 316SS高压釜中放置50g(0.401mol)2-氯乙基2-羟乙基醚、35g(0.482mol)乙基二甲基铵和50mg KI。使用磁力恒温搅拌器将混合物搅拌并加热至150℃保持22h。冷却后，将所得的极粘稠液体(具有与蜂蜜类似的粘度)溶解于水中，用NaOH碱化，蒸发并溶解于CH2Cl2中。然后加入活性炭。将混合物搅拌过夜，过滤并蒸发。总共，获得72g(91％)无色的N-乙基-N-2-(2-羟基乙氧基)乙基-N,N-二甲基氯化铵。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm1.13-1.28(m，3H)，3.03-3.18(m，6H)，3.39-3.51(m，6H)，3.58(d，J＝4.10Hz，2H)，3.81(br.s.，2H)，5.06(br.s.，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：8.02(s)，50.08(br.s.)，59.45(s)，59.75(s)，61.60(s)，63.87(s)，72.08(s).
b)N-乙基-N-2-(2-羟基乙氧基)乙基-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰 胺
在250ml圆底烧瓶中，在剧烈搅拌下使47g(0.290mol)N-乙基-N-2-(2-羟基乙氧基)乙基-N,N-二甲基氯化铵和100g(0.348mol)LiTFSI在80ml MQ水中的溶液混合一起。立刻发生相分离，但在室温下继续再搅拌4小时。然后，加入100ml CH2Cl2并分离各相。将水相用50ml CH2Cl2萃取并将合并的有机相用100ml MQ水洗涤6次。获得澄清的溶液。将其倒入圆底烧瓶中。使用旋转蒸发仪然后在高真空下在60℃除去溶剂。以此方式，获得121.8g(92％)纯的N-乙基-N-2-(2-羟基乙氧基)乙基-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺，为液体。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.26(t，J＝7.32Hz，3H)，3.04(s，6H)，3.41(q，J＝7.41Hz，2H)，3.46-3.62(m，6H)，3.83(br.s.，2H)，4.64(t，J＝4.97Hz，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：7.81(s)，50.36(br.s)，60.15(br.s)，62.16(br.s.)，64.01)s)，72.39(s)，119.68(q，J＝321.90Hz).
19F NMR(470MHz，DMSO-d6)δ/ppm：-79.10(s).
c)N-乙基-N-2-(2-(三甲基甲硅烷氧基)乙氧基)乙基-N,N-二甲基铵双 (三氟甲磺酰基)酰胺
在室温下向含有121.8g(0.275mol)纯的N-乙基-N-2-(2-羟基乙氧基)乙基-N,N-二甲基铵TFSI的250ml圆底烧瓶中加入44g(0.273mol)六甲基二硅氮烷(HMDS)，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。将混合物缓慢加热至60-70℃并且搅拌以致形成HMDS在IL中的细乳液。当温度达到60℃时发现剧烈释放氨气。释放持续几分钟。在剧烈反应结束后将混合物加热并且搅拌4小时。然后，在高真空下使挥发物蒸发。将剩余物溶解于CH2Cl2中，用活性炭纯化，过滤并蒸发。然后，将圆底烧瓶用氩气重新填充6次并且反复抽空。在此操作期间将产物加热至70℃。最后，在真空下使装置冷却并用氩气重新填充。以此方式，获得140g(99％)呈粘稠液体形式的标题化合物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.06(s，9H)，1.33(t，J＝7.02Hz，3H)，3.03-3.11(m，6H)，3.37-3.49(m，4H)，3.49-3.56(m，2H)，3.62-3.71(m，2H)，3.85(br.s.，2H).
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-0.88(s)，7.97(s)，50.96(br.s.)，61.30(s)，61.42(br.s)，62.72(br.s.)，64.41(s)，72.45(s)，119.64(q，J＝321.90Hz).
19F NMR(470MHz，氯仿-d)δ/ppm：-79.18(s).
实施例37—3-甲基-1-(2-(三甲基甲硅烷氧基)乙基)咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)酰胺(Im12-OTMS-TFSI)的制备
a)溴化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑鎓
在装配有磁力搅拌器的250ml圆底烧瓶中放置49g(0.597mol)1-甲基咪唑。将这些溶解于60ml MeCN中。在15min内向此溶液中逐滴加入76g(0.610mol)2-溴乙醇。将混合物搅拌回流48小时，在此期间未发现完全相分离的标志。将混合物加热至回流2h并冷却至室温。将溶剂蒸发并且通过将其甲醇溶液倒入乙酸乙酯(AcOEt)和丙酮的1:1混合物中将所得的固体纯化。将所得的白色粉末过滤并用新配制的乙酸乙酯洗涤并在真空下干燥。获得125g(95％)溴化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑鎓。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：3.70(q，J＝5.13Hz，2H)，3.88(s，3H)，4.24(t，J＝4.94Hz，2H)，5.15(t，J＝5.31Hz，1H)，7.76(d，J＝1.46Hz，1H)，7.79(t，J＝1.65Hz，1H)9.23(s，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：35.73(s)，51.53(s)，59.26(s)，122.61(s)，123.28(s)，136.76(s)
b)1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)酰胺
在250ml圆底烧瓶中，在剧烈搅拌下使59g(0.285mol)溴化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑鎓的水溶液和82.3g(0.287mol)LiTFSI在80ml MQ水中的溶液混合一起。立刻发生相分离，但在室温下继续再搅拌4小时。然后，加入100ml CH2Cl2并分离各相。用50ml CH2Cl2萃取水相并将合并的有机相用100ml MQ水洗涤6次。获得澄清的溶液。将其倒入圆底烧瓶中。使用旋转蒸发仪然后在高真空下在60℃除去溶剂。以此方式，获得69g(60％)纯的1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)酰胺，为无色液体。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：3.74(q，J＝4.88Hz，2H)，3.86(s，3H)，4.16-4.25(m，2H)，5.18(t，J＝5.13Hz，1H)，7.63(t，J＝1.65Hz，1H)，7.68(t，J＝1.83Hz，1H)，9.05(s，1H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm35.73(s，9C)，51.85(s，12C)，59.46(s，12C)，119.68(q，J＝321.80Hz，8C)，122.77(s，12C)，123.43(s，12C)，137.01(s，8C).
c)3-甲基-1-(2-(三甲基甲硅烷氧基)乙基)咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)酰胺
在室温下向含有68g(0.167mol)纯的1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑鎓TFSI的250ml圆底烧瓶中加入25.8g(0.160mol)六甲基二硅氮烷(HMDS)，同时温和的氮气流通过装置以促进除去形成的氨。将混合物缓慢加热至50-60℃并且搅拌以致形成HMDS在IL中的细乳液。当温度达到60℃时发现剧烈释放氨气。释放持续几分钟。在剧烈反应结束后将混合物加热并且搅拌4小时。然后，在高真空下使挥发物蒸发。将剩余物溶解于CH2Cl2中，用活性炭纯化，过滤并蒸发。然后，将圆底烧瓶用氩气重新填充6次并且反复抽空。在此操作期间将产物加热至70℃。最后，在真空下使装置冷却并用氩气重新填充。以此方式，获得70g(88％)呈粘稠液体的标题化合物。
1H NMR(300MHz，氯仿-d)δ/ppm：0.03(s，9H)，3.79-3.86(m，2H)，3.89(s，3H)，4.17-4.29(m，2H)，7.31(t，J＝1.83Hz，1H)，7.37(t，J＝1.65Hz，1H)，8.59(br.s，1H).
13C NMR(75MHz，氯仿-d)δ/ppm：-1.21(s)，36.03(s)，52.01(s)，60.46(s)，119.63(q，J＝320.70Hz)，123.06(s)，123.15(s)，135.97(s).
实施例38—N-乙基-N-(2-(乙基二甲基甲硅烷氧基)乙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1122-OEDMS-TFSI)的CV
将实施例29中制备的化合物装入电化学电池。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图17)。
实施例39—N-乙基-N-(2-(三乙基甲硅烷氧基)乙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1122-OTES-TFSI)的CV
将实施例30中制备的化合物装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图18)。
实施例40—N-乙基-N-(2-(三甲基甲硅烷氧基)乙基)-N,N-二甲基铵N-氟磺酰基-三氟甲磺酰基酰胺(N1122-OTMS-FTFSI)的CV
将实施例31中制备的化合物装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图19)。
实施例41—N-乙基-N-(2-(三甲基甲硅烷氧基)乙基)-N,N-二甲基铵双(氟磺酰基)酰胺(N1122-OTMS-FSI)的CV
将实施例32中制备的化合物装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图20)。
实施例42—N-乙基-N-(3-(三甲基甲硅烷氧基)丙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1123-OTMS-TFSI)的CV
将实施例33中制备的化合物装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图21)。
实施例43—N-乙基-N-(4-(三甲基甲硅烷氧基)丁基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1124-OTMS-TFSI)的CV
将实施例34中制备的化合物装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图22)。
实施例44—N-乙基-N-(6-(三甲基甲硅烷氧基)己基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1126-OTMS-TFSI)的CV
将实施例35中制备的化合物装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图23)。
实施例45—N-乙基-N-2-(2-(三甲基甲硅烷氧基)乙氧基)乙基-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1122O2-OTMS-TFSI)的CV
将实施例36中制备的化合物装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图24)。
实施例46—3-甲基-1-(2-(三甲基甲硅烷氧基)乙基)咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)酰胺(Im12-OTMS-TFSI)的CV
将实施例37中制备的化合物装入电化学电池中。这是具有Pt丝作为工作电极、锂金属(为片状)作为对电极和另一片锂金属作为参比电极的三电极电池。在0-6V之间相对于Li以1mV/s速率测量CV曲线(图25)。
实施例47:电解质与石墨的兼容性
通过将1.7225g LiTFSI混合于20ml IL来制备LiTFSI在实施例34中制备的离子液体(IL)中的0.3摩尔溶液。将此溶液装入具有石墨电极的三电极电化学电池中。如实施例14所述制备阳极材料。两块Li金属片用作参比和对电极并且石墨用作工作电极。此电池在0-2.5V之间相对于Li以C/24电流速率循环(图26)。在第一循环中将锂以低的库伦效率成功地嵌入到石墨中。在第二循环中在253mAh/g的可逆容量下库伦效率提高至89％。
实施例48:电解质与石墨的兼容性
通过将1.7225g LiTFSI混合于20ml IL中来制备LiTFSI在实施例36中制备的离子液体(IL)中的0.3摩尔溶液。将此溶液装入具有石墨电极的三电极电化学电池中。如实施例14所述制备阳极材料。两块Li金属片用作参比和对电极并且石墨用作工作电极。此电池在0-2.5V之间相对于Li以C/24电流速率循环(图27)。锂在石墨中的嵌入非常成功，但仅在固体电解质嵌入层充分形成后的第三循环中。在第5循环中在130mAh/g可逆容量下库伦效率达到78％。
实施例49:比较实施例：N-乙基-N-(2-甲氧基乙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺(N1122-O1-TFSI)的制备
a)N-乙基-N-(2-甲氧基乙基)-N,N-二甲基溴化铵
在装配有磁力搅拌器的500ml圆底烧瓶中放置36.6g(0.500mol)溶解于100ml MeCN和MeOH(1:1)中的乙基二甲基铵。向此溶液中逐滴加入48g(0.508mol)2-氯乙基醚。然后，使混合物回流96h。然后将混合物蒸发并从丙酮中重结晶。总共，获得66.2g(86％)N-乙基-N-(2-甲氧基乙基)-N,N-二甲基氯化铵。
b)N-乙基-N-(2-甲氧基乙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺
在250ml圆底烧瓶中，在剧烈搅拌下使66g(0.430mol)N-乙基-N-(2-甲氧基乙基)-N,N-二甲基氯化铵在70ml MQ水中的溶液和125g(0.435mol)LiTFSI在80ml MQ水中的溶液混合一起。立刻发生相分离，但在室温下继续再搅拌4小时。然后，加入150ml CH2Cl2并分离各相。用50mlCH2Cl2萃取水相并将合并的有机相用100ml MQ水洗涤6次。获得离子化合物在二氯甲烷中的溶液，并通过加入活性炭纯化，并随后过滤。使用旋转蒸发仪然后在高真空下在60℃除去溶剂。以此方式，获得150g(85％)纯的N-乙基-N-(2-甲氧基乙基)-N,N-二甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰胺，为无色液体。
1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ/ppm：1.24(t，J＝7.10，7.10Hz，3H)，3.02(s，6H)，3.30(s，3H)，3.38(q，J＝7.10Hz，2H)，3.45-3.52(m，2H)，3.73(br.s.，2H).
13C NMR(75MHz，DMSO-d6)δ/ppm：7.80(s)，50.11(br.s.)，57.84(s)，59.77(br.s.)，61.87(br.s.)，65.36(s)，119.54(q，J＝321.80Hz).
19F NMR(470MHz，CHLOROFORM-d)δ/ppm：-78.79(s).
实施例50:比较实施例：电解质与石墨的兼容性
通过将1.7225g LiTFSI混合于20ml IL来制备LiTFSI在实施例49中制备的离子液体(IL)中的0.3摩尔溶液。将此溶液装入具有石墨电极的三电极电化学电池中。如实施例14所述制备阳极材料。两块Li金属片用作参比和对电极并且石墨用作工作电极。此电池在0-2.5V之间相对于Li以C/24电流速率循环(图28)。在第一循环中电位以大约0.8V达到平台期并且在30h的还原中不下降到0V，这预示分解反应。结果，未获得可逆容量。因此，此电解质不能用于低还原电压，诸如基于石墨阳极的电池。
权利要求的范围不应被实施例中所述的优选的实施方案所限制，但应赋予与整体上的描述一致的最广泛的解释。
参考文献
本发明的描述参考许多文件，所述文件的内容通过引用整体并入本文。这些文件包括但不限于以下：
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Claims (56)
1.一种包含阴离子和阳离子的离子化合物，所述离子化合物具有连接至其的至少一个甲硅烷氧基。
2.根据权利要求1所述的离子化合物，其为离子液体。
3.根据权利要求1或2所述的离子化合物，其具有连接至其的一个甲硅烷氧基。
4.根据权利要求3所述的离子化合物，其具有式(I)：
其中：
CAT+表示所述阳离子，所述阳离子含有带单正电荷的原子，其为氮、磷或硫；
R、R1和R2独立地为C1-C8烷基、烯基或炔基，
L表示连接子，并且
ANI-表示所述阴离子。
5.根据权利要求4所述的离子化合物，其中所述带正电荷的原子为氮。
6.根据权利要求4或5所述的离子化合物，其中R、R1和R2独立地为C1-C8烷基或烯基。
7.根据权利要求6所述的离子化合物，其中R、R1和R2独立地为C1-C4烷基或烯基。
8.根据权利要求7所述的离子化合物，其中R、R1和R2独立地为C1-C4烷基。
9.根据权利要求8所述的离子化合物，其中R、R1和R2独立地为C1-C2烷基。
10.根据权利要求9所述的离子化合物，其中R、R1和R2各自表示甲基。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的离子化合物，其中L为C1-C12亚烷基、亚烯基或亚炔基，任选包含一个或多个醚官能，并且任选被一个或多个卤素原子取代。
12.根据权利要求11所述的离子化合物，其中L与其连接的所述氧原子一起形成一个或多个亚烷基氧基、亚烯基氧基或亚炔基氧基。
13.根据权利要求12所述的离子化合物，其中L与其连接的所述氧原子一起形成一个或多个亚烷基氧基。
14.根据权利要求13所述的离子化合物，其中L与其连接的所述氧原子一起形成一个或多个亚乙基氧基。
15.根据权利要求14所述的离子化合物，其中L与其连接的所述氧原子一起形成一个或两个亚乙基氧基。
16.根据权利要求11所述的离子化合物，其中L为C1-C12亚烷基。
17.根据权利要求16所述的离子化合物，其中L为C2-C6亚烷基。
18.根据权利要求17所述的离子化合物，其中L为C2亚烷基。
19.根据权利要求18所述的离子化合物，其中L为-CH2-CH2-。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的离子化合物，其中所述阳离子为式(IIa)、(IIb)或(IIe)：
其中R3、R4和R5独立地为C1-C16烷基、烯基或炔基。
21.根据权利要求20所述的离子化合物，其中所述阳离子为式(IIa)。
22.根据权利要求20或21所述的离子化合物，其中R3、R4和R5独立地为C1-C8烷基或烯基。
23.根据权利要求22所述的离子化合物，其中R3、R4和R5独立地为C1-C4烷基。
24.根据权利要求23所述的离子化合物，其中R3、R4和R5独立地为C1-C3烷基。
25.根据权利要求24所述的离子化合物，其中R3、R4和R5各自表示-CH3。
26.根据权利要求24所述的离子化合物，其中R3、R4和R5各自表示-CH2CH3。
27.根据权利要求24所述的离子化合物，其中R3和R4各自表示-CH3并且R5表示-CH2CH3。
28.根据权利要求24所述的离子化合物，其中R3表示-CH3并且R4和R5各自表示-CH2CH3。
29.根据权利要求1至19中任一项所述的离子化合物，其中所述阳离子为式(IIIa)、(IIIb)或(IIIc)：
其中：
X为一个或多个-CH2-、-O-和-N(CH3)-的组合以使CAT+为氮杂环丁烷鎓、吡咯烷鎓、吡唑烷鎓、咪唑烷鎓、哌啶鎓、氮杂环庚烷鎓、吗啉鎓、异吗啉鎓、哌嗪鎓、六氢嘧啶鎓或六氢哒嗪鎓型的阳离子；并且
R6为C1-C16烷基、烯基或炔基。
30.根据权利要求29所述的离子化合物，其中CAT+具有式(IIIa)。
31.根据权利要求29或30所述的离子化合物，其中X为-CH2CH2CH2CH2-。
32.根据权利要求29至31中任一项所述的离子化合物，其中R6为C1-C8烷基或烯基。
33.根据权利要求32所述的离子化合物，其中R6为C1-C4烷基。
34.根据权利要求33所述的离子化合物，其中R6为-CH3。
35.根据权利要求1至19中任一项所述的离子化合物，其中所述阳离子为式(IVa)、(IVb)或(IVc)：
其中：
Z为一个或多个-CH2-、-CH＝、-O-、-N(烷基)-和-N＝的组合以使CAT+为氮杂环丁烷鎓、3,4-二氢-2H-吡咯鎓、吡啶鎓、氮杂鎓、嘧啶鎓、哌嗪鎓、咪唑鎓、吡唑鎓型、噁嗪鎓或三唑鎓的阳离子，并且
R7为氢或烷基。
36.根据权利要求35所述的离子化合物，其中Z为-N(烷基)-CH＝CH-。
37.根据权利要求36所述的离子化合物，其中Z为-N(CH3)-CH＝CH-。
38.根据权利要求35至37中任一项所述的离子化合物，其中R7为氢。
39.根据权利要求35至37中任一项所述的离子化合物，其中R7为-CH3。
40.根据权利要求1至39中任一项所述的离子化合物，其中所述阴离子为：
卤离子、
高氯酸根、
六氟磷酸根、
三(全氟乙基)三氟磷酸根、
四氟硼酸根、
三氟甲基三氟硼酸根、
全氟乙基三氟硼酸根、
七氟丙基三氟硼酸根、
九氟丁基三氟硼酸根、
三氟甲磺酸根、
三氟乙酸根、
双(氟磺酰基)酰胺、
或式(V)的磺酰基酰胺：
A-N--SO2-B (V)，
其中A为F-SO2-、CF3-SO2-、C2F5-SO2-、C3F7-SO2-、C4F9-SO2-或CF3-C(＝O)-；并且
B为-F、-CF3、-C2F5、-C3F7、-C4F9。
41.根据权利要求43所述的离子化合物，其中所述式(V)的磺酰基酰胺为：
双(三氟甲磺酰基)酰胺、
双(全氟乙基磺酰基)酰胺、
双(七氟丙基磺酰基)酰胺、
双(九氟丁基磺酰基)酰胺、
N-三氟乙酰基-氟磺酰基酰胺、
N-三氟乙酰基-三氟甲磺酰基酰胺、
N-三氟乙酰基-全氟乙基磺酰基酰胺、
N-三氟乙酰基-七氟丙基磺酰基酰胺、
N-三氟乙酰基-九氟丁基磺酰基酰胺、
N-氟磺酰基-三氟甲磺酰基酰胺、
N-氟磺酰基-全氟乙基磺酰基酰胺、
N-氟磺酰基-七氟丙基磺酰基酰胺、
N-氟磺酰基-九氟丁基磺酰基酰胺、
N-三氟甲磺酰-全氟乙基磺酰基酰胺、
N-三氟甲磺酰-七氟丙基磺酰基酰胺、或
N-三氟甲磺酰-九氟丁基磺酰基酰胺。
42.根据权利要求40或41所述的离子化合物，其中所述阴离子为卤离子、双(氟磺酰基)酰胺、双(三氟甲磺酰基)酰胺或N-氟磺酰基-三氟甲磺酰基酰胺。
43.根据权利要求42所述的离子化合物，其中所述阴离子为双(氟磺酰基)酰胺、双(三氟甲磺酰基)酰胺或N-氟磺酰基-三氟甲磺酰基酰胺。
44.根据权利要求43所述的离子化合物，其中所述阴离子为双(三氟甲磺酰基)酰胺。
45.根据权利要求1所述的离子化合物，其包含一个单电荷阳离子和一个单电荷阴离子，所述离子化合物为离子液体并且具有下式：
其中：
CAT+表示所述阳离子，所述阳离子含有带单正电荷的氮原子，所述阳离子具有式(IIa)：
其中R3、R4和R5独立地为C1-C6烷基；
R、R1和R2独立地为C1-C4烷基；
L表示连接子并且与其连接的氧原子一起形成一个或两个亚乙基氧基；并且
ANI-表示所述阴离子，其具有式(V)的磺酰基酰胺：
A-N--SO2-B (V)，
其中A为F-SO2-、CF3-SO2-、C2F5-SO2-、C3F7-SO2-、C4F9-SO2-；并且B为-F、-CF3、-C2F5、-C3F7、-C4F9。
46.根据权利要求45所述的离子化合物，其中R3、R4和R5独立地为C1-C3烷基。
47.根据权利要求45或46所述的离子化合物，其中R、R1和R2独立地为C1-C2烷基。
48.根据权利要求48至47中任一项所述的离子化合物，其中所述阴离子为双(氟磺酰基)酰胺、双(三氟甲磺酰基)酰胺或N-氟磺酰基-三氟甲磺酰基酰胺
49.根据权利要求1所述的离子化合物，其为：
50.根据权利要求1所述的离子化合物，其为：
51.一种电解质，包含如权利要求1至50中任一项所定义的至少一种离子化合物和导电盐。
52.根据权利要求51所述的电解质，其还包含有机溶剂。
53.根据权利要求52所述的电解质，其中所述有机溶剂为极性有机溶剂。
54.根据权利要求51至53中任一项所述的电解质，其还包含不饱和碳酸酯。
55.一种电化学电池，包含阳极、阴极和如权利要求51至54中任一项所定义的电解质。
56.根据权利要求55所述的电化学电池，其为电化学系统诸如电池、电容器或电致变色装置的部分。
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