[发明专利]含哌啶离子液体及其制备方法、电解液及其应用

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术领域，尤其涉及一种含哌啶离子液体及其制备方法，一种电解液及其应用。

背景技术

目前，超级电容器或电池中大多数使用水质电解液。然而，在高电压条件下，水系电解液易分解，引起内阻急剧增大且电容量迅速降低。与水系电解液相比，有机电解液有着较高的分解电压，且因其无腐蚀防护问题而易于封装，可用铝材料作为集电极和封装材料，显著降低了材料成本。但是，有机电解液溶解度较低(25℃在PC中的溶解度为1mol/L)，在更低的温度下溶解度将更低，这制约了低温下提高超级电容器比能量的空间，同时，也制约了电解液分解电压偏低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种含哌啶离子液体及制备方法，含有该含哌啶离子液体的电解液，解决现有技术中有机电解液溶解度低和电解液分解电压偏低的技术问题。

本发明是这样实现的，

一种含哌啶离子液体，具有如下结构式(I)：

其中，Y为阴离子，选自BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-或CF₃SO₃^-。

以及，

一种含哌啶离子液体制备方法，包括如下步骤：

无水无氧条件下，将N-甲基哌啶和甲氧基乙氧基卤代甲烷按摩尔比1∶1.05-1.2混合，在温度为60-80℃条件下搅拌反应48-72小时，洗涤得到结构式(III)表示的N-甲基-N-甲氧基乙氧基甲基哌啶卤化物，反应式表示为：

反应式中，RX为甲氧基乙氧基卤代甲烷，其中，R代表甲氧基乙氧基甲基，X代表卤素，选自Cl、Br或I；

将该结构式(III)表示的N-甲基-N-甲氧基乙氧基甲基哌啶卤化物和无机盐溶于丙酮中，搅拌反应8-24小时，得到结构式为(I)的含哌啶离子液体，反应式表示为：

反应式中，MY表示该无机盐；其中，M为阳离子，选自Na⁺、K⁺或NH₄⁺；Y为阴离子，选自BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-或CF₃SO₃^-。

一种电解液，包括锂盐，该电解液还包括含哌啶离子液体，该含哌啶离子液体具有如下结构式(I)：

其中，Y为阴离子，选自BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-或CF₃SO₃^-。

本发明进一步提供上述电解液在超级电容器、锂离子电池中的应用。

本发明含哌啶离子液体，通过在阳离子中引入C-O醚键，使离子液体的性能大大增强，一方面使其熔点显著降低，另一方面降低离子液体的粘度；本发明电解液，通过上述含哌啶离子液体的低熔点和低粘度特性，电解液中的含哌啶离子液体(即使是在低温条件下)能够充分的电离形成阳离子和阴离子，实现了得本发明实施例电解液具有较高的离子电导性，同时，由于含哌啶离子液体较低的熔点，较低的粘度，使得电解液的溶解度大大提升，使得应用该电解液的电池或电容器的能量空间大大提高。

附图说明

图1是本发明实施例含哌啶离子液体制备方法流程图；

图2是应用本发明实施例4制备的电解液的锂离子电池充放电曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种含哌啶离子液体，具有如下结构式(I)：