[发明专利]离子液体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种离子液体及其制备方法，尤其是一种卤素离子含量低且含水量低的离子液体及其制备方法。本发明提供的离子液体中卤素离子的总含量10ppm；所述离子液体中水的含量50ppm。根据本方法合成的离子液体特别适用于对水分含量要求高的电化学系统，如锂离子二次电池、电化学超级电容器等。

技术领域

本发明涉及一种离子液体及其制备方法，尤其是一种卤素离子含量低且含水量低的离子液体及其制备方法。

背景技术

离子液体(ionic liquid)是完全由离子组成的液态物质，其在室温或低温(-97℃～100℃)下为液体，因此又称室温/低温熔融盐(room/low temperature molten salt)，或称液体有机盐(liquid organic salt)。离子液体的种类很多，根据有机阳离子的不同，可以将离子液体分为季铵盐类、季鏻盐类、含氮杂环鎓盐类等；其中，含氮杂环型离子液体包括咪唑鎓盐类、吡啶鎓盐类、哌啶盐类、吡咯烷盐类等。此外，组成离子液体的阴离子种类繁多，无机阴离子包括F^-、Cl^-、Br^-、I^-、NO₃^-、CO₃^2-、PF₆^-、BF₄^-、C₂O₄^2-、SO₄^2-、PO₄^3-、Al₂Cl₇^-等，有机阴离子包括CH₃COO^-、CF₃SO₃^-、C₄H₉SO₃^-、CF₃COO^-、N(CF₃SO₂)₂^-、N(C₂F₅SO₂)₂^-、N(C₄F₉SO₂)₂^-、N[(CF₃SO₂)(C₄F₉SO₂)]^-、C(CF₃SO₂)₃^-等。从理论上讲，离子液体的种类可以有10¹⁸种之多。几种常见的离子液体的阳离子和阴离子的结构如下所示：

近年来，离子液体作为化学电源电解质使用的研究越来越多，其中，其作为锂电池体系电解质的研究也已经成为电化学领域的一个重要分支。化学电源中尤其是锂电池体系，对电解质的纯度要求非常高，一般电解质中卤素杂质含量(Cl^-、Br^-、I^-)在15ppm以下，水分含量在80ppm以下。若离子液体电解质中残留卤离子，对其在二次电池中的应用影响很大。卤离子会腐蚀电池外壳、集流体、极耳等，严重影响电池的充放电效率以及循环寿命。此外，若离子液体电解质中含有水分，则水分会与电解质中的锂盐、溶剂以及电极中的活性物质发生化学反应，造成电池胀气、鼓包等现象。目前，为获得卤离子含量低的离子液体，必须找到一种不涉及卤代烷烃作烷基化试剂的合成方法。以传统生产工艺中季铵盐的生产为例，通常采用叔胺与卤代烷烃反应的方法，而这种方法只能制备阴离子是Cl^-、Br^-、I^-的季铵盐，如需制备阴离子是其它离子的季铵盐时，只能通过离子交换反应来实现，而这种离子交换反应使产品中不可避免地残留卤素离子。