KR20130016639A - 비스플로로술포닐이미드 음이온을 갖는 전해질용 이온성 액체 - Google Patents
비스플로로술포닐이미드 음이온을 갖는 전해질용 이온성 액체 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에서는 음이온으로는 비스플로로술포닐이미드를 갖고, 양이온으로는 이미다졸륨, 피롤리디늄, 암모늄 및 피페리디늄 양이온으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나를 갖고, 열적·전기화학적으로 안정하고, 할라이드를 10ppm 이하로 함유하고, 점도가 낮고, 전기전도도가 높은 이온성 액체가 제공된다.
본 발명의 이온성 액체는 리튬전지, 전기화학 장비, 울트라커패시터, 전지발광셀 등의 전해질로 사용될 수 있다.
본 발명의 이온성 액체는 리튬전지, 전기화학 장비, 울트라커패시터, 전지발광셀 등의 전해질로 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 전기전도도가 높으며, 열적 안정성이 우수하고, 잔류 할로겐을 미량으로 함유하며, 녹는점이 낮아 취급이 용이한, 전해질용 고순도 이온성 액체에 관한 것이다. 더 상세하게는 본 발명은 비스플로로술포닐이미드 (bisfluoro- sulfonylimide; FSI)를 음이온으로 갖고 이미다졸륨, 피롤리디늄, 암모늄 및 피페리디늄을 양이온으로 갖는 전해질용 이온성 액체에 관한 것이다.
현재 상용화되고 있는 리튬 전지의 전해질 성분들은 대전류가 흐르는 조건하에서 발생하는 열에 대한 저항성이 매우 약하다. 또한 리튬 전지는 다른 전지에 비하여 고용량, 고출력으로 전지성능이 우수하나, 화학적으로 불안정한 전지 재료 특성으로 안정성이 떨어진다. 기존에 사용되는 리튬 염을 해리하는 기능을 갖는 카보네이트계 유기용매는 휘발성이 높고, 가연성 물질이기 때문에 오용 조건에서 전지의 발화, 폭발 등과 같은 열 폭주 현상이 발생한다. 따라서 열적 전기화학적 불안정성을 극복하고, 대용량 전지의 구동을 성공적으로 실현하게 할 수 있는 신규한 전해질 소재에 대한 개발이 요구되어 왔다.
이온성 액체의 일반적인 특징은 유기 양이온과 유기 또는 무기 음이온으로 이루어진 상태로, 상온이나 100℃ 이하에서는 액체 상태를 유지한다. 이온성 액체는 내열온도가 높고, 비가연성이며 일반적인 이온을 갖는 물질과 다르게 물에 대한 용해도가 낮은 편이며, 유기 용제에 대한 용해도가 높은 편이다. 그리고 전자의 움직임이 활발하며 도전성이 매우 우수한 특징을 가진다.
최근에는 해외뿐만 아니라 국내에서도 이온성 액체를 이용한 응용분야가 활성화되고 있는데, 그 중 하나가 리튬 전지와 같은 전해질 소재로서의 활용이다. 그 중에서도 비스트리플로로술포닐이미드를 음이온으로 갖는 이온성 액체는 낮은 점도를 갖는 장점으로 인해 전해질로서의 활용이 연구되었으나, 전기전도도와 열적 안정성이 낮은 단점으로 상용성이 떨어졌다 (Bull . Korean Chem . Soc. 2007, Vol.28, N0.9, pp 1567-1572).
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 본 발명자들이 지속적으로 연구한 결과, 비스플로로술포닐이미드 (FSI) 음이온을 갖는 이온성 액체는 열적으로 대단히 안정하고 녹는점이 낮으며, 점도가 낮고, 할라이드의 잔류량이 낮고, 특히 전기전도도가 높아서 리튬 전지의 전해질로서 매우 적합함을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 열적·전기화학적으로 안정하고, 할라이드를 10ppm 이하로 함유하고, 점도가 낮고, 전기전도도가 높아서, 리튬 등의 이온의 수송능이 우수하여, 고 출력화, 경량화, 저비용, 장수명의 대용량 전지의 전해질로서 적합한, 비스플로로술포닐이미드 (FSI)를 음이온으로 갖는 고순도의 이온성 액체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여,
음이온으로는 비스플로로술포닐이미드를 갖고, 양이온으로는 이미다졸륨, 피롤리디늄, 암모늄 및 피페리디늄 양이온으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나를 갖고, 열적·전기화학적으로 안정하고, 할라이드를 10ppm 이하로 함유하고, 점도가 낮고, 전기전도도가 높은 이온성 액체가 제공된다.
본 발명의 이온성 액체에서 양이온으로서 이미다졸륨은 1,3-디메틸이미다졸륨, 1-프로필-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 또는 1-메틸-3-옥틸이미다졸륨이고, 피롤리디늄은 1,1-디메틸피롤리디늄, 1-에틸-1-메틸피롤리디늄, 1-프로필-1-메틸피롤리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 또는 1-메틸-1-옥틸피롤리디늄이고, 암모늄은 테트라메틸암모늄, 트리메틸에틸암모늄, 트리메틸프로필암모늄, 트리메틸부틸암모늄, 트리에틸메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 트리에틸프로필암모늄, 트리에틸부탄암모늄, 메틸트리프로필암모늄, 에틸트리프로필암모늄, 테트라프로필암모늄, 부틸트리프로필암모늄, 트리부틸메틸암모늄, 에틸트리부틸암모늄, 트리부틸프로필암모늄, 테트라부틸암모늄, 메틸트리옥틸암모늄 또는 2-하이드록시트리메틸에탄암모늄이고, 피페리디늄은 디메틸피페리디늄 등이 있다.
바람직하게는, 본 발명의 이온성 액체는 1,3-디메틸이미다졸륨 비스플로로술포닐이미드, 1-프로필-3-메틸이미다졸륨 비스플로로술포닐이미드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스플로로술포닐이미드, 1-메틸-3-옥틸이미다졸륨 비스플로로술포닐이미드, 1,1-디메틸피롤리디늄 비스플로로술포닐이미드, 1-에틸-1-메틸피롤리디늄 비스플로로술포닐이미드, 1-프로필-1-메틸프로필리디늄 비스플로로술포닐이미드, 1-부틸-3-메틸피롤리디늄 비스플로로술포닐이미드, 1-메틸-1-옥틸피롤리디늄 비스플로로술포닐이미드, 테트라메틸암모늄 비스플로로술포닐이미드, 트리메틸에틸암모늄 비스플로로술포닐이미드, 트리메틸프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드, 트리메틸부틸암모늄 비스플로로로술포닐이미드, 트리에틸메틸암모늄 비스플로로술포닐이미드, 테트라에틸암모늄 비스플로로술포닐이미드, 트리에틸프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드, 트리에틸부탄암모늄 비스플로로술포닐이미드, 메틸트리프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드, 에틸트리프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드, 테트라프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드, 부틸트리프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드, 트리부틸메틸암모늄 비스플로로술포닐이미드, 에틸트리부틸암모늄 비스플로로술포닐이미드, 트리부틸프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드, 테트라부틸암모늄 비스플로로술포닐이미드, 메틸트리옥틸암모늄 비스플로로술포닐이미드, 디메틸피페리디늄 비스플로로술포닐이미드, 또는 디메틸피페리디늄 비스플로로술포닐이미드이다.
본 발명의 이온성 액체의 녹는점은 -50 ~ 143℃ 범위이며, 잔류 할라이드는 10 ppm 이하이며, 전기전도도는 3.72 ~ 10.43 mS/cm 범위이고, 열중량분석법(TGA)에 의한 열적 안정성은 263 ~ 334℃ 범위이다. 더 바람직하게는 본 발명의 이온성 액체의 녹는점은 -20 ~ 120℃ 범위이며, 잔류 할라이드는 10 ppm 이하이며, 전기전도도는 6.0 ~ 11.0 mS/cm 범위이고, 열중량분석법(TGA)에 의한 열적 안정성은 300 ~ 350℃ 범위이다.
따라서 본 발명의 이온성 액체는 전도도가 매우 높으며 열적 안정성의 향상으로 분해점이 높고 극미량의 할라이드가 함유되어 화학적 순도가 높으며, 리튬 전지, 전기화학 장비, 울트라커패시터 (ultracapacitor·초고용량축전기), 전지발광셀 등의 전해질로서 사용될 수 있다.
본 발명의 이온성 액체는 이미다졸륨, 피롤리디늄, 암모늄 또는 피페리디늄 양이온-제공 화합물을 물에 용해시킨 (0.012 ~ 0.049 몰) 후, 비스플로로술포닐이미드 음이온-제공 화합물을 물에 용해시켜(0.018 ~ 0.054 몰) 적가하여 25 ~ 30℃ 온도에서 10 ~ 12 시간 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하면 합성될 수 있다.
본 발명에 따른 이온성 액체는 열적 안정성이 우수하고, 할라이드를 10ppm 이하로 함유하고, 녹는점이 낮으며, 전기전도도가 우수하여, 리튬 전지, 전기화학 장비, 울트라커패시터, 전지발광셀 등의 전해질로서 유용하다. 특히 본 발명에 따른 이온성 액체는 고 출력화, 경량화, 저비용, 장수명의 차세대 전지의 전해질로서도 사용될 수 있다.
도 1은 잔류 할라이드의 측정에 사용된 스위스 Metrohm사 716 DMS Titrino 이온분석기 사진이다.
도 2는 전기전도도 측정에 사용된 스위스 Metrohm사 856 Conductivity Module, 801 Stirrer 전도도 측정기 사진이다.
도 3은 열적안정성을 측정에 사용된 TG/DTA7300, SEICO INST. 시차열중량분석기 사진이다.
도 2는 전기전도도 측정에 사용된 스위스 Metrohm사 856 Conductivity Module, 801 Stirrer 전도도 측정기 사진이다.
도 3은 열적안정성을 측정에 사용된 TG/DTA7300, SEICO INST. 시차열중량분석기 사진이다.
이하 실시예에서 본 발명을 더 구체적으로 설명하나, 실시예는 본 발명의 예시일 뿐이며 본 발명은 이에 한정되지는 않는다.
<물성 측정>
하기의 제조예에 따라 합성된 이온성 액체에 대해 1H-, 19F-NMR를 측정하였으며, 수율(%)을 계산하고, 녹는점, 할라이드 함유량(ppm), 전도도 (Conductivity, mS/cm)를 측정하였으며, 시차열중량분석기(TGA)를 통해 열적안정성을 분석하여 그 결과를 각 실시예에 기재하였다.
<제조예>
실시예1
: 1,3-
디메틸이미다졸륨
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 1,3-디메틸이미다졸륨 메틸술페이트 8.0g(0.038 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 9.2g(0.042 몰)을 물 10g에 녹여서 적가하였다. 상온에서 12시간 교반시키면서 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 흰색 고체인 1,3-디메틸이미다졸륨 비스플로로술포닐이미드를 5.7g(수율 54%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예2
: 1-프로필-3-
메틸이미다졸륨
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 20g에 1-프로필-3-메틸이미다졸륨 브로마이드 10.0g(0.049 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 11.8g(0.054 몰)을 물 20g에 녹여서 적가하였다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 옅은 노랑색 액체인 1-프로필-3-메틸이미다졸륨 비스플로로술포닐이미드를 13.7g(수율 92%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예3
: 1-부틸-3-
메틸이미다졸륨
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 5g에 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드 3.1g(0.017 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 4.3g(0.019 몰)을 물 5g에 녹여서 적가하였다. 상온에서 12시간 교반시키고 반응 종료 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 옅은 노랑색 액체인 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스플로로술포닐이미드를 4.8g(수율 84%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예4
: 1-
메틸
-3-
옥틸이미다졸륨
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 1-메틸-3-옥틸이미다졸륨 클로라이드 6.8g(0.029 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 7.1g(0.032 몰)을 물 10g에 녹여서 적가하였다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 옅은 노랑색 액체인 1-메틸-3-옥틸이미다졸륨 비스플로로술포닐이미드를 9.5g(수율 87%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예5
: 1,1-
디메틸피롤리디늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 1,1-디메틸피롤리디늄 메틸술페이트 5.6g(0.026 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 6.4g(0.029 몰)을 물 10g에 녹여서 적가하였다. 상온에서 12시간 교반시키켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 옅은 갈색 고체인 1,1-디메틸피롤리디늄 비스플로로술포닐이미드를 3.4g(수율 46%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예6
: 1-에틸-1-
메틸피롤리디늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 1-에틸-1-메틸피롤리디늄 에틸술페이트 6.4g(0.029 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 7.0g(0.032 몰)을 물 10g에 녹여서 적가하였다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 옅은 노랑색 고체인 1-에틸-1-메틸피롤리디늄 비스플로로술포닐이미드를 7.4g(수율 87%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예7
: 1-프로필-1-
메틸피롤리디늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 1-프로필-1-메틸피롤리디늄 브로마이드 5.0g(0.024 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 5.8g(0.026 몰)을 물 10g에 녹여서 적가하였다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 옅은 노랑색 액체인 1-프로필-1-메틸피롤리디늄 비스플로로술포닐이미드를 6.4g(86%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예8
: 1-부틸-3-
메틸피롤리디늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 브로마이드 4.9g(0.022 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 5.3g(0.024 몰)을 물 10g에 녹여서 적가하였다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 옅은 노랑색 액체인 1-부틸-3-메틸피롤리디늄 비스플로로술포닐이미드를 6.3g(수율 89%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예9
: 1-
메틸
-1-
옥틸피롤리디늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 1-메틸-1-옥틸피롤리디늄 브로마이드 10g(0.036 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 8.6g(0.039 몰)을 물 10g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 옅은 노랑색 액체인 1-메틸-1-옥틸피롤리디늄 비스플로로술포닐이미드를 13.2g(수율 97%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예10
:
테트라메틸암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 테트라메틸암모늄 메틸술페이트 5.0g(0.026 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 6.5g(0.029 몰)을 물 10g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 흰색 고체인 테트라메틸암모늄 비스플로로술포닐이미드를 5.1g(수율 75%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예11
:
트리메틸에틸암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 트리메틸에틸암모늄 에틸술페이트 5.0g(0.023 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 5.6g(0.025 몰)을 물 10g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 흰색 고체인 트리메틸에틸암모늄 비스플로로술포닐이미드를 5.6g(수율 90%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예12
:
트리메틸프로필암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 트리메틸프로필암모늄 프로필술페이트 5.0g(0.020 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 4.9g(0.022 몰)을 물 10g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 흰색 고체인 트리메틸프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드를 5.1g(수율 88%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예13
:
트리메틸부틸암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 트리메틸부틸암모늄 부틸술페이트 6.5g(0.024 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 5.8g(0.026 몰)을 물 10g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 옅은 노랑색 액체인 트리메틸부틸암모늄 비스플로로술포닐이미드를 6.5g(수율 92%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예14
:
트리에틸메틸암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 트리에틸메틸암모늄 메틸술페이트 8.0g(0.035 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 8.5g(0.038 몰)을 물 10g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 흰색 고체인 트리에틸메틸암모늄 비스플로로술포닐이미드를 8.0g(수율 80%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예15
:
테트라에틸암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 테트라에틸암모늄 에틸술페이트 7.0g(0.027 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 6.6g(0.030 몰)을 물 10g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 흰색 고체인 테트라에틸암모늄 비스플로로술포닐이미드를 8.0g(수율 94%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예16
:
트리에틸프로필암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 트리에틸프로필암모늄 요오드 11g(0.040 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 9.7g(0.044 몰)을 물 10g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 옅은 노랑색 액체인 트리에틸프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드를 12.1g(수율 94%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예17
:
트리에틸부틸암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 트리에틸부탄암모늄 부틸술페이트 7.0g(0.022 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 5.4g(0.024 몰)을 물 10g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 옅은 노랑색 액체인 트리에틸부탄암모늄 비스플로로술포닐이미드를 7.0g(93%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예18
:
메틸트리프로필암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 메틸트리프로필암모늄 메틸술페이트 5.0g(0.018 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 4.5g(0.020 몰)을 물 10g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 흰색 고체인 메틸트리프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드를 5.9g(수율 95%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예19
:
에틸트리프로필암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 20g에 에틸트리프로필암모늄 에틸술페이트 10.0g(0.033 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 8.1g(0.036 몰)을 물 20g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 흰색 고체인 에틸트리프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드를 10.6g(수율 90%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예20
:
테트라프로필암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 20g에 테트라프로필암모늄 요오드 10.0g(0.031 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 7.7g(0.035 몰)을 물 20g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 흰색 고체인 테트라프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드를 10.7g(수율 92%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예21
:
부틸트리프로필암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 20g에 부틸트리프로필암모늄 부틸술페이트 9.0g(0.025 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 6.0g(0.028 몰)을 물 20g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 흰색 고체인 부틸트리프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드를 9.4g(98%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예22
:
트리부틸메틸암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 트리부틸메틸암모늄 메틸술페이트 5.1g(0.016 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 3.9g(0.018 몰)을 물 10g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 옅은 노랑색 액체인 트리부틸메틸암모늄 비스플로로술포닐이미드를 5.3g(수율 85%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예23
:
에틸트리부틸암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 20g에 에틸트리부틸암모늄 에틸술페이트 10.0g(0.029 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 7.1g(0.032 몰)을 물 20g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 옅은 노랑색 액체인 에틸트리부틸암모늄 비스플로로술포닐이미드를 9.6g(수율 83%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예24
:
트리부틸프로필암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 트리부틸프로필암모늄 요오드 5.6g(0.015 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 3.8g(0.017 몰)을 물 10g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 흰색 고체인 트리부틸프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드를 6.1g(수율 95%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예25
:
테트라부틸암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 20g에 테트라부틸암모늄 요오드 10.0(0.027 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 6.5g(0.029 몰)을 물 20g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 흰색 고체인 테트라부틸암모늄 비스플로로술포닐이미드를 11.0g(수율 96%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예26
:
메틸트리옥틸암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 메틸트리옥틸암모늄 메틸술페이트 6.1g(0.012 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 3.1g(0.013 몰)을 물 10g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 옅은 보라색 액체인 메틸트리옥틸암모늄 비스플로로술포닐이미드를 5.9g(수율 86%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예27
: 2-
하이드록시트리메틸에탄암모늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 10g에 2-하이드록시트리메틸에탄암모늄 염소 6.1g(0.044 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 10.7g(0.048 몰)을 물 10g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 취하여 감압농축하여 흰색 고체인 2-하이드록시트리메틸에탄암모늄 비스플로로술포닐이미드를 12.1g(수율 96%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
실시예28
:
디메틸피페리디늄
비스플로로술포닐이미드의
합성
100ml 삼구플라스크를 사용하여, 물 5g에 디메틸피페리디늄 메틸술페이트 3.0g(0.013 몰)을 녹이고, 포타슘비스플로로술포닐이미드 3.2g(0.014 몰)을 물 5g에 녹여서 적가시켰다. 상온에서 12시간 교반시켜 반응시킨 후, 유기층을 감압농축하여 흰색 고체인 디메틸피페리디늄 비스플로로술포닐이미드를 2.6g(수율 67%) 얻었다. 얻어진 이온성 액체의 분석결과는 다음과 같다.
상기 실시예들에서 합성된 이온성 액체 중에서, 이미다졸륨계 이온성 액체의 평균 수율은 78%, 평균 녹는점은 -5.4℃, 잔류 할라이드가 평균 5.4ppm, 전도도는 평균 8.49mS/cm 였고, 열중량분석법(TGA)에 의한 열적안정성은 평균 319℃ 였다. 피롤리디늄계 이온성 액체의 평균 수율은 81%, 평균 녹는점은 -16.2℃, 잔류 할라이드가 평균 5.2ppm, 전도도는 평균 7.94mS/cm 였고, 열중량분석법(TGA)에 의한 열적안정성은 평균 313℃ 였다. 암모늄계 이온성 액체의 평균 수율은 90%, 평균 녹는점은 59.0℃, 잔류 할라이드가 평균 4.0ppm, 전도도는 평균 7.55mS/cm, 열중량분석법(TGA)에 의한 열적안정성은 평균 309℃ 였다. 피페리디늄 이온성 액체의 수율은 67%, 평균 녹는점은 120℃, 잔류 할라이드가 평균 3ppm, 전도도는 평균 9.22mS/cm 였고, 열중량분석법(TGA)에 의한 열적안정성은 평균 320℃ 였다.
Claims (7)
- 음이온으로는 비스플로로술포닐이미드를 갖고,
양이온으로는 이미다졸륨, 피롤리디늄, 암모늄 및 피페리디늄 양이온으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나를 갖고,
할라이드를 10ppm 이하로 함유하고, 전기전도도가 3.72mS/cm 이상인 것을 특징으로 하는 전해질용 이온성 액체. - 제 1항에 있어서, 이미다졸륨은 1,3-디메틸이미다졸륨, 1-프로필-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 또는 1-메틸-3-옥틸이미다졸륨이고;
피롤리디늄은 1,1-디메틸피롤리디늄, 1-에틸-1-메틸피롤리디늄, 1-프로필-1-메틸피롤리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 또는 1-메틸-1-옥틸피롤리디늄이고;
암모늄은 테트라메틸암모늄, 트리메틸에틸암모늄, 트리메틸프로필암모늄, 트리메틸부틸암모늄, 트리에틸메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 트리에틸프로필암모늄, 트리에틸부탄암모늄, 메틸트리프로필암모늄, 에틸트리프로필암모늄, 테트라프로필암모늄, 부틸트리프로필암모늄, 트리부틸메틸암모늄, 에틸트리부틸암모늄, 트리부틸프로필암모늄, 테트라부틸암모늄, 메틸트리옥틸암모늄 또는 2-하이드록시트리메틸에탄암모늄이고;
피페리디늄은 디메틸피페리디늄인 것을 특징으로 하는 전해질용 이온성 액체. - 제 1항에 있어서, 녹는점이 -50 ~ 143℃ 인 것을 특징으로 하는 전해질용 이온성 액체.
- 제 1항에 있어서, 열적 안정성이 263 ~ 334℃ 인 것을 특징으로 하는 전해질용 이온성 액체.
- 제 1항에 있어서, 하기로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전해질용 이온성 액체:
1,3-디메틸이미다졸륨 비스플로로술포닐이미드,
1-프로필-3-메틸이미다졸륨 비스플로로술포닐이미드,
1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스플로로술포닐이미드,
1-메틸-3-옥틸이미다졸륨 비스플로로술포닐이미드,
1,1-디메틸피롤리디늄 비스플로로술포닐이미드,
1-에틸-1-메틸피롤리디늄 비스플로로술포닐이미드,
1-프로필-1-메틸프로필리디늄 비스플로로술포닐이미드,
1-부틸-3-메틸피롤리디늄 비스플로로술포닐이미드,
1-메틸-1-옥틸피롤리디늄 비스플로로술포닐이미드,
테트라메틸암모늄 비스플로로술포닐이미드,
트리메틸에틸암모늄 비스플로로술포닐이미드,
트리메틸프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드,
트리메틸부틸암모늄 비스플로로로술포닐이미드,
트리에틸메틸암모늄 비스플로로술포닐이미드,
테트라에틸암모늄 비스플로로술포닐이미드,
트리에틸프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드,
트리에틸부탄암모늄 비스플로로술포닐이미드,
메틸트리프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드,
에틸트리프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드,
테트라프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드,
부틸트리프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드,
트리부틸메틸암모늄 비스플로로술포닐이미드,
에틸트리부틸암모늄 비스플로로술포닐이미드,
트리부틸프로필암모늄 비스플로로술포닐이미드,
테트라부틸암모늄 비스플로로술포닐이미드,
메틸트리옥틸암모늄 비스플로로술포닐이미드,
디메틸피페리디늄 비스플로로술포닐이미드, 또는
디메틸피페리디늄 비스플로로술포닐이미드. - 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 전해질은 리튬전지, 전기화학 장비, 울트라커패시터 또는 전지발광셀의 전해질인 것을 특징으로 하는 전해질용 이온성 액체.
- 제 6항에 있어서, 리튬 전지의 전해질용 이온성 액체.
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|---|---|---|---|---|
| JP2017091813A (ja) * | 2015-11-10 | 2017-05-25 | 日産自動車株式会社 | イオン伝導性を有する固体電解質およびこれを用いた電気化学デバイス |
| WO2018191959A1 (en) * | 2017-04-21 | 2018-10-25 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Polymer electrolyte composition and polymer secondary battery |
| JP2020098720A (ja) * | 2018-12-18 | 2020-06-25 | トヨタ自動車株式会社 | リチウム二次電池用電解液およびリチウム二次電池 |
| CN112898458A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-06-04 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种聚合离子液体及其制备方法和应用、超级电容器电解液 |
-
2011
- 2011-08-08 KR KR1020110078694A patent/KR20130016639A/ko active Application Filing
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| CN112898458B (zh) * | 2021-01-15 | 2022-01-07 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种聚合离子液体及其制备方法和应用、超级电容器电解液 |
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