[发明专利]功能化氯化胆碱离子液体、其制备方法及其在电化学储能器件中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及化学技术领域，尤其涉及功能化的氯化胆碱室温离子液体材料，其制备方法及其作为电解质材料或添加剂在电化学储能器件中的应用。

技术背景

目前，锂离子电池产业中所使用的电解质材料主要是环状碳酸酯和线型碳酸酯类化合物的多元溶剂体系和LiPF₆锂盐，电解质体系的工作模式在技术上仍然存在安全性隐患，其主要原因是碳酸酯类有机电解质材料具有很高的挥发性和可燃性。在要求高安全性、大容量和高倍率放电的混合动力和全电汽车应用领域，安全性问题是制约这些材料应用的重要因素。因此，国内外都在积极地研究开发安全、有效和环境友好的新一代有机电解质材料。

在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，称为室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等，但倾向于简称离子液体。由于其不易挥发，不易燃，良好的热稳定性、好的化学和电化学稳定性，在绿色化学、工业催化、工业溶剂等方面具有广泛的应用前景。因为离子液体的高安全、高电化学稳定等特性，因此使用离子液体作为锂离子电池的电解液的研究在活跃地进行。

用于锂离子电池的离子液体电介质材料，可以分为两种：一种是离子液体的锂盐溶体；另一种是离子液体的锂盐熔体再加上相应的添加剂。第一代的离子液体是以AlCl₄为阴离子的有机熔盐，这种离子液体容易水解，与水反应放出HCl，所以对于第一代离子液体锂离子电池中的应用研究停留在此。第二代的离子液体是以咪唑类阳离子为正离子和氟化的无机或者有机阴离子为负离子的有机室温熔盐，这种离子液体表现出不足的电化学还原稳定性，因此在高能电池中不被认为是有商业应用前景的。第三代离子液体使用非咪唑类阳离子和氟化的无机或有机阴离子。目前最适合于锂离子电池的离子液体是N,N-二烷基哌啶（专利JP2006260952）。但是这些离子液体也致使锂离子电池的输出功率大为下降，因为这些高电化学稳定性的离子液体有高的粘度，与传统碳酸酯类电解质相比这使得锂离子传导速率大为下降（O.Borodinet al.J.of Phydical Chemistry B,2006,110(34),pp.16879-16886）。离子液体基电解质锂离子电池与传统碳酸酯基电解质锂离子电池相比如今还是输出功率小，充电容量也比较小。Lee et al.(Electrochem.Comm.8(2006)460)报道过使用N上带有酯基的咪唑离子液体作为锂离子电池电解质提高了锂离子电导率和锂离子的扩散速率。但是这些咪唑离子液体电化学稳定性不足。R.West等在专利US7679884B2和US2009088583-A1中，报道了硅基季膦和硅基季胺类离子液体，这些离子液体显示出改善的电化学稳定性，但是仍有较高的粘度。

氯化胆碱在细胞发挥功能时起非常重要的作用，它的生物合成和分解调控细胞的生命活动具有优秀的生物相容性，并且可以生物降解。此外，氯化胆碱作为饲料添加剂等等，实现了工业化生产，是很便宜的原料。另外，氢氧化胆碱曾用作aldol缩合反应的碱性催化剂。具有低熔点的胆碱衍生物是多种研究的题目，一些胆碱的类似物已经合成出来[Pernak,Chmistry-A Eurpean Journal,2007,13(24),pp.6817-6827]。[Me₃NC₂H₄Y][Cl](Y=OH,Cl,OC(O)Me,OC(O)Ph)和MCl₂（M=Zn，Sn）是室温附近导电的粘稠液体，常用来做电沉积。但是，基于氯化胆碱的离子液体还没有作为锂离子电池的电解液或者添加剂使用的。

发明内容：

本发明的目的是提供一种新型的功能化氯化胆碱室温离子液体。

本发明的另一个目的是提供上述功能化氯化胆碱室温离子液体在电化学储能器件中的应用。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种功能化氯化胆碱室温离子液体，其阳离子化学结构式是基于功能化的氯化胆碱室温离子液体，其整体化学结构式如式1所示:

式Ｉ