[发明专利]季铵盐及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铵类化合物合成领域，特别涉及季铵盐及其制备方法。

背景技术

季铵盐，又称四级铵盐，是铵根离子中的四个氢原子都被烃基取代而形成的化合物，英文名称为quaternary-N，通式为R₄NX，通式中R为烃基，X为卤素负离子如F^-、Cl^-、Br^-或I^-，或酸根如HSO₄^-、RCOO^-或BF₄^-等。季铵盐易溶于水，具有较好的电化学性能，溶于水或有机溶剂后的溶液具有导电性，是一种优良的电解质。此外，季铵盐在化工、医药、采矿、纺织和能源领域有着广泛应用。

近年来，人们对季铵盐及其合成方法进行了大量研究，并取得一系列成果，现有的季铵盐主要按照如下两种方式制备：一种是先将胺转换为季铵盐的卤代物，再通过交换树脂等方法将季铵盐的卤代物转换成季铵碱，最后使季铵碱与酸发生中和反应，得到目标产物。如申请号为200580013312.5的中国专利公开了一种季铵化合物及其组合物的合成方法，其是将三烷基胺与烷基溴反应生成四烷基溴化季铵盐，再通过例子交换树脂将四烷基溴化季铵盐转化为四烷基氢氧化季铵盐，最后将氢氧化季铵盐转化为选择的选择阴离子的四烷基季铵盐。又如申请号为200810234142.9的中国专利文献公开了一种双三氟甲磺酰亚胺金属的盐的制备方法，该方法是以三氟甲卤代磺酰、液氨和有机胺类碱为原料，采用非极性惰性溶剂，生成含有双三氟甲磺酰亚胺季铵盐的混合物溶液，蒸馏回收混合物溶液得到双三氟甲磺酰亚胺季铵盐固体，将制得的双三氟甲磺酰亚胺季铵盐固体与碱金属氧化物在水溶液中反应生成双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的混合物，最后将制得的双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的混合物经减压脱水、干燥等工序后得到目标产物。

上述方法在季铵碱的合成过程中有机卤化物参与，有机卤化物易发生残留且不易去除，因此得到的季铵盐势必会有有机卤化物残留，将此季铵盐配置成电解液后，有机卤化物电离出卤素离子，电离出的卤素离子会降低影响电解质的电化学性能，从而降低由此电解质制成的锂电池或超级电容器的容量和循环性能。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种季铵盐电解质的制备方法，由该方法合成的季铵盐产物无有机卤化物残留，电化学性能较好。

有鉴于此，本发明提供一种季铵盐的制备方法，包括：

a)、胺与碳酸二甲酯在有机溶剂中发生反应生成季铵碱性化合物；

b)、所述季铵碱性化合物与无机络合酸发生中和反应，将反应产物提纯，得到季铵盐。

优选的，所述无机络合酸为氟硼酸或六氟磷酸。

优选的，步骤a中，所述反应温度为50℃～200℃。

优选的，所述将反应产物提纯具体为：将反应产物使用结晶溶剂重结晶提纯，所述结晶溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、丙酮和2-丁酮中的一种或几种，所述重结晶的结晶温度为-50℃～5℃。

优选的，所述胺为三正丙胺，所述无机络合酸为氟硼酸。

优选的，所述胺为哌嗪，所述无机络合酸为氟硼酸。

优选的，所述胺为乙二胺，所述无机络合酸为氟硼酸。

本发明还提供一种按照上述方法制备的结构如(VII)所示的季铵盐：

本发明还提供一种按照上述方法制备的结构如(X)所示的季铵盐：

本发明还提供一种按照上述方法制备的结构如(XI)所示的季铵盐：

本发明提供一种季铵盐的制备方法，本发明以两步法合成季铵盐，第一步使用碳酸二甲酯将胺转化为季铵碱性化合物，第二步是用无机络合酸中和季铵碱性化合物，得到季铵盐。本发明提供的制备方法无有机卤化物参与，因此反应产物中无有机卤化物残留，由此电解质配制成的电解液不会电离出卤素离子，电化学性能好。经电位窗测试证明，按照本发明提供的方法制备的季铵盐具有较高的电位窗范围，且上述电位窗范围内，电位窗曲线均光滑，无明显氧化还原峰出现，适合用于储能器件电解液中。

本发明还提供三种按照上述方法制备的结构分别如(VII)、(X)和(XI)所示季铵盐，上述三种季铵盐具有较宽的电位窗范围，并且在上述电位窗范围内，电位窗曲线均光滑，无明显氧化还原峰出现，电化学性能较好，适合用于储能器件电解液中。

附图说明