[发明专利]鏻离子液体、组合物、制备方法及由其形成的装置

说明书

技术领域

本发明总体上涵盖鏻离子(磷鎓离子)液体、组合物以及它们在许多应用(场合)中的用途，包括但不限于：作为电子装置(或器件)如存储装置(或器件)包括静态、永久和动态随机存取存储器中的电解质，作为电池电解质，在染料-敏化太阳能电池(DSSC)、燃料电池中的电解质，作为热转移介质、高温反应和/或提取介质，以及其他应用。尤其是，本发明涉及具有结构特征的鏻(或磷鎓)离子液体、组合物和分子，其中该组合物表现出以下至少两种或更多种的期望组合：热力学稳定性、低挥发性、宽的液相线范围和离子导电性。本发明进一步涵盖制备这样的鏻(或磷鎓)离子液体、组合物和分子的方法，以及包括它们的操作装置和系统。

背景技术

部分地由于其广泛的潜在用途和应用，离子液体已经受到显著关注。术语“离子液体”通常用于其熔点较低(低于100℃)的盐。室温下为液体的盐通常称为室温离子液体。早期研究人员采用基于二烷基-咪唑鎓盐的离子液体。例如，Wilkes等人开发了基于二烷基-咪唑鎓盐的离子液体，与铝金属阳极(anode)和氯阴极(chlorine cathode)一起使用试图形成电池。J. Wilkes，J. Levisky，R.Wilson，C.Hussey，Inorg.Chem，21，1263(1982)。

最广泛研究和通常使用的离子液体中的一些基于吡啶鎓盐，其中N-烷基吡啶鎓和N，N’-二烷基咪唑鎓发现(具有)重要用途。吡啶鎓基离子液体，包括N-烷基-吡啶鎓和N，N-二烷基咪唑鎓，以及氮-基离子液体(或含氮基离子液体)通常具有限于300℃或更低的热力学稳定性，可易于蒸馏，并且趋于具有在显著低于200℃的温度下的可检测蒸汽压。这样的性能限制了它们的用途，以及它们的应用(场合)。例如，这样的离子液体在后端线(back end of line，BEOL)热加工期间易发生分解。另外，这样的离子液体在经常使离子液体经受超过300℃温度的连续热循环的其它热转移加工步骤期间也发生分解。

离子液体的不同性质被持续开发，并且已经考虑离子液体的另外的用途。例如，电化学方法和应用需要电解质以增强在各种各样的装置和应用中的导电性。近期在室温离子液体领域已进行了研究，作为基于传统溶剂的电解质的可能替代。

虽然已经进行了开发，但是很明显，对于离子液体组合物方面的新的开发以及对于其中可能采用离子液体以用于锂离子电池、燃料电池、染料-敏化太阳能电池和分子电容器中的聚合物-凝胶电解质的材料和用途仍存在持续的需求。

发明内容

本发明宽泛地涵盖鏻(磷鎓)离子液体、组合物以及它们在许多应用(场合)中的用途，包括但不限于：作为电子装置(或器件)如存储装置(或器件)包括静态、永久和动态随机存取存储器、染料-敏化太阳能电池、燃料电池中的电解质，作为电池电解质，作为热转移介质，高温反应和/或提取介质，以及其他应用。尤其是，本发明涉及具有结构特征的鏻(或磷鎓)离子液体、组合物和分子，其中该组合物表现出以下至少两种或更多种的期望组合：热力学稳定性、低挥发性、宽的液相线范围和离子导电性。

在一个方面，提供了一种离子液体组合物，包括：以下通式的一种或多种鏻(或磷鎓)基阳离子：

R¹R²R³R⁴P