專利名稱：功能化氯化膽堿離子液體、其制備方法及其在電化學儲能器件中的應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及化學技術領域，尤其涉及功能化的氯化膽堿室溫離子液體材料，其制備方法及其作為電解質材料或添加劑在電化學儲能器件中的應用。
背景技術：
目前，鋰離子電池產業中所使用的電解質材料主要是環狀碳酸酯和線型碳酸酯類化合物的多元溶劑體系和LiPF6鋰鹽，電解質體系的工作模式在技術上仍然存在安全性隱患，其主要原因是碳酸酯類有機電解質材料具有很高的揮發性和可燃性。在要求高安全性、大容量和高倍率放電的混合動力和全電汽車應用領域，安全性問題是制約這些材料應用的重要因素。因此，國內外都在積極地研究開發安全、有效和環境友好的新一代有機電解質材料。在室溫或室溫附近溫度下呈液態的由離子構成的物質，稱為室溫離子液體、室溫熔融鹽、有機離子液體等，但傾向于簡稱離子液體。由于其不易揮發，不易燃，良好的熱穩定性、好的化學和電化學穩定性，在綠色化學、工業催化、工業溶劑等方面具有廣泛的應用前景。因為離子液體的高安全、高電化學穩定等特性，因此使用離子液體作為鋰離子電池的電解液的研究在活躍地進行。用于鋰離子電池的離子液體電介質材料，可以分為兩種:一種是離子液體的鋰鹽溶體；另一種是離子液體的鋰鹽熔體再加上相應的添加劑。第一代的離子液體是以AlCl4為陰離子的有機熔鹽，這種離子液體容易水解，與水反應放出HC1，所以對于第一代離子液體鋰離子電池中的應用研究停留在此。第二代的離子液體是以咪唑類陽離子為正離子和氟化的無機或者有機陰離子為負離子的有機室溫熔鹽，這種離子液體表現出不足的電化學還原穩定性，因此在高能電池中不被認為是有商業應用前景的。第三代離子液體使用非咪唑類陽離子和氟化的無機或有機陰離子。目前最適合于鋰離子電池的離子液體是N，N-二烷基哌啶(專利JP2006260952)。但是這些離子液體也致使鋰離子電池的輸出功率大為下降，因為這些高電化學穩定性的離子液體有高的粘度，與傳統碳酸酯類電解質相比這使得鋰離子傳導速率大為下降(0.Borodinet al.J.0f Phydical ChemistryB, 2006, 110(34)，pp.16879-16886)。離子液體基電解質鋰離子電池與傳統碳酸酯基電解質鋰離子電池相比如今還是輸出功率小，充電容量也比較小。Lee et al.(Electrochem.Comm.8 (2006) 460)報道過使用N上帶有酯基的咪唑離子液體作為鋰離子電池電解質提高了鋰離子電導率和鋰離子的擴散速率。但是這些咪唑離子液體電化學穩定性不足。R.West等在專利US7679884B2和US2009088583-A1中，報道了硅基季膦和硅基季胺類離子液體，這些離子液體顯示出改善的電化學穩定性，但是仍有較高的粘度。氯化膽堿在細胞發揮功能時起非常重要的作用，它的生物合成和分解調控細胞的生命活動具有優秀的生物相容性，并且可以生物降解。此外，氯化膽堿作為飼料添加劑等等，實現了工業化生產，是很便宜的原料。另外，氫氧化膽堿曾用作aldol縮合反應的堿性催化劑。具有低熔點的膽堿衍生物是多種研究的題目，一些膽堿的類似物已經合成出來[Pernak, Chmistry-A Eurpean Journal,2007, 13(24), pp.6817-6827] [Me3NC2H4Y][Cl](Y=0H, Cl, OC(O)Me, OC(O)Ph)和MCl2 (M=Zn, Sn)是室溫附近導電的粘稠液體，常用來做電沉積。但是，基于氯化膽堿的離子液體還沒有作為鋰離子電池的電解液或者添加劑使用的
發明內容
:本發明的目的是提供一種新型的功能化氯化膽堿室溫離子液體。本發明的另一個目的是提供上述功能化氯化膽堿室溫離子液體在電化學儲能器件中的應用。本發明是通過以下技術方案予以實現的:一種功能化氯化膽堿室溫離子液體，其陽離子化學結構式是基于功能化的氯化膽堿室溫離子液體，其整體化學結構式如式I所示:
權利要求
1.一類功能化氯化膽堿離子液體，其化學結構式如式I所示:
2.如權利要求1所述的功能化氯化膽堿離子液體，其特征在于其陰離子A選自如下基團:Cr、Br' Γ、BF4' NO3' SO42' CF3COO' CF3SO3' (CF3SO2) 2N\ PF6' BF2C2O4'或 B (C2O4) ”
3.權利要求1所述的功能化氯化膽堿離子液體的制備方法，其特征在于:在冰浴冷卻條件下，氯化膽堿和等摩爾量氫氧化鈉在乙腈溶劑中室溫反應20分鐘，然后滴加1.1倍摩爾量的鹵代燒烴，回流反應8小時；或氯化膽堿與等摩爾量有機娃試劑回流反應16小時；反應后過濾除去固體，旋轉蒸發除去溶劑，然后用二氯甲烷和乙醚為溶劑重結晶得到功能化氯化膽堿離子液體，此功能化氯化膽堿離子液體與等摩爾量的堿金屬或堿土金屬鹽溶于水或其他溶劑進行陰離子交換，攪拌反應4-6小時后，使用二氯甲烷溶劑萃離子取交換后產物，除去溶劑和干燥后得到目標離子液體。
4.權利要求1所述的功能化氯化膽堿室溫離子液體的制備方法，其特征在于:室溫下，將氯化膽堿和等摩爾量的堿金屬或堿土金屬鹽溶于水或其他溶劑進行陰離子交換，攪拌反應4-6小時后，使用二氯甲烷或者其他溶劑萃取，除去溶劑后得到陰離子交換后的氯化膽堿離子液體；陰離子交換后的氯化膽堿離子液體與有機硅試劑回流反應16小時，抽真空除去殘余低沸點物質后得到目標離子液體。
5.權利要求1所述的功能化氯化膽堿室溫離子液體作為電解質材料或者添加劑在電化學儲能器件中的應用。
6.如權利要求5所述的功能化的氯化膽堿室溫離子液體在電化學儲能器件中的應用，其特征在于所述功能化氯化膽堿室溫離子液體用做季胺鹽型離子液體電解質材料，作為電解質材料或添加劑應用于鋰離子電池或超級電容器。
全文摘要
本發明公開了式I所示的功能化氯化膽堿離子液體制備方法及其在電化學儲能器件中的應用，作為電解質材料或添加劑應用于鋰離子電池和超級電容器。所述離子液體電解質材料有較好的生物相容性、阻燃性，具有高的離子電導率、低粘度和寬電化學窗口。式I其中R1選自如下基團(CH2=CH-(CH2)n)-、CN(CH2)n-、或R23Si-，其中R2選自CH3-(CH2)m-,n選自1～3的整數，m選自0～2的整數；或其中一個R2為(CH3)3Si-O-。陰離子A選自如下基團Cl-、Br-、I-、BF4-、NO3-、SO42-、CF3COO-、CF3SO3-、(CF3SO2)2N-、PF6-、BF2C2O4-、或者B(C2O4)2-。
文檔編號C07F5/02GK103113242SQ20121058574
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者張靈志, 雍天喬 申請人:中國科學院廣州能源研究所