[发明专利]马来酰亚胺类离子液体及其制备方法和应用

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种电容器电解液领域，尤其涉及一种马来酰亚胺类离子液体及其制备方法，同时还涉及一种使用该马来酰亚胺类离子液体的电解液及其配制方法和超级电容器。

【背景技术】

超级电容器是一种介于充电电池和电容器之间的新型能源器件，具有体积小、容量大、充电速度快、循环寿命长、放电效率高、工作温度范围宽、可靠性好和无污染免维护等优点，是一种新型、高效、实用的能量储存装置，因而被广泛应用于军事领域、移动通讯装置、计算机、以及电动汽车的混合电源等。超级电容器所存储的能量正比于所施加的电压的平方，因而，提高所施加的电压可以大幅度增加超级电容器的比能量。然而，采用两步法制备的离子液体不可避免的都会引入卤素元素，这些卤素杂质离子会导致离子液体的稳定性降低，熔点升高和电化学窗口变窄的缺点。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种不含卤素元素的马来酰亚胺类离子液体及其制备方法。

一种马来酰亚胺类离子液体，化学结构式如下：

其中，R为碳原子数为2～6的烷基，Y^-为(CF₃SO₂)₂N^-或(FSO₂)₂N^-。

该马来酰亚胺类离子液体在室温或接近室温的条件下完全由离子组成，电导率高、熔点低、电化学窗口宽、不挥发、不可燃、热稳定性好且不含有卤素杂质无毒，特别是分解电压高，高电压条件下难以分解，从而可以应用在制造高比容量的超级电容器或锂离子电池领域。

一种马来酰亚胺类离子液体的制备方法，包括如下步骤：

在惰性气氛保护下，将烷基马来酰亚胺衍生物与甲基化试剂MY按摩尔比1∶1～1.2∶1添加在有机溶剂中，所述有机溶剂与烷基马来酰亚胺衍生物的质量比为0.8∶1～1.4∶1，在温度为60℃～80℃条件下搅拌反应3小时～15小时，然后除去过量的所述烷基马来酰亚胺衍生物和所述有机溶剂，收集无色液体，洗涤后，真空干燥得到马来酰亚胺类离子液体，其中，所述烷基马来酰亚胺衍生物为乙基马来酰亚胺、丙基马来酰亚胺、丁基马来酰亚胺、戊基马来酰亚胺或己基马来酰亚胺，所述甲基化试剂MY为N-甲基-双(三氟甲磺酰)胺或N-甲基-双(氟磺酰)胺，其化学结构式如下：

其中，R为碳原子数为2～6的烷基，Y^-为(CF₃SO₂)₂N^-或(FSO₂)₂N^-。

在优选的实施方式中，所述有机溶剂为氯仿、二氯甲烷或四氯化碳。

在优选的实施方式中，步骤除去过量的所述烷基马来酰亚胺衍生物和所述有机溶剂具体为：通过减压蒸馏的方式除去过量的烷基马来酰亚胺衍生物和所述有机溶剂，所述减压蒸馏的条件为温度为120℃～200℃，压强为0.1Pa～5Pa。

在优选的实施方式中，所述洗涤步骤具体为：将收集的无色液体在乙酸乙酯或甲基叔丁基醚的溶液中反复洗涤。

上述制备过程采用一步法效率高、无污染、有利于马来酰亚胺类离子液体的大规模工业化生产。

同时，还有必要提供一种使用上述不易分解、稳定性较好的离子液体的电解液及其配制方法和超级电容器。

一种电解液，包括马来酰亚胺类离子液体及有机溶剂，

其中，所述马来酰亚胺类离子液体的结构式如下：

R为碳原子数为2～6的烷基，Y^-为(CF₃SO₂)₂N^-或(FSO₂)₂N^-；

马来酰亚胺类离子液体与有机溶剂的质量比范围为1∶5～2∶1。

在优选的实施方式中，所述有机溶剂为乙腈、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和丙酸乙酯中的至少一种。

一种电解液的配制方法，包括如下步骤：

在惰性气氛保护下，取乙腈、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和丙酸乙酯中的至少一种作为有机溶剂，按有机溶剂与马来酰亚胺类离子液体的质量比1∶5～2∶1的比例向所述有机溶剂中加入马来酰亚胺类离子液体，搅拌混合均匀，得到所述电解液，其中，所述马来酰亚胺类离子液体的结构式如下：