[发明专利]吡嗪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，尤其涉及一种吡嗪类离子液体及其制备方法，同时还涉及一种使用该吡嗪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，在高电压条件下，传统的水系电解液易分解，引起电容器的内阻急剧增大、电容量迅速降低。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种不易分解、稳定性较好的吡嗪类离子液体及其制备方法。

一种吡嗪类离子液体，化学结构式如下：

其中，Y^-为BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-、(FSO₂)₂N^-或CF₃SO₃^-。

该吡嗪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。

一种吡嗪类离子液体的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将吡嗪与甲氧基乙氧基卤代甲烷按摩尔比1∶1～1∶1.2反应，生成甲氧基乙氧基甲基-吡嗪卤代盐；

步骤二：将所述甲氧基乙氧基甲基-吡嗪卤代盐与含有机阴离子的无机盐按摩尔比1∶1在去离子水中进行离子交换反应，生成所述吡嗪类离子液体，其化学结构式如下：

其中，Y^-为BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-、(FSO₂)₂N^-或CF₃SO₃^-。

在优选的实施方式中，所述甲氧基乙氧基卤代甲烷为甲氧基乙氧基氯代甲烷或甲氧基乙氧基溴代甲烷；所述无机盐中阳离子为Na⁺、K⁺或NH₄⁺。

在优选的实施方式中，步骤一包括如下步骤：将吡嗪与甲氧基乙氧基卤代甲烷混合，在惰性气体保护下，升温至60～80℃，搅拌反应后冷却至室温，用乙酸乙酯洗涤后真空干燥，得到甲氧基乙氧基甲基-吡嗪卤代盐。

在优选的实施方式中，步骤二包括如下步骤：将甲氧基乙氧基甲基-吡嗪卤代盐与含有机阴离子的无机盐在去离子水中、室温下进行离子交换反应后，反应混合液用二氯甲烷萃取，得到二氯甲烷相，再对所述二氯甲烷相用去离子水反萃取，直至用饱和的AgNO₃水溶液滴定水相至无沉淀产生为止，最后将反萃取后的二氯甲烷相旋转蒸发浓缩，真空干燥得到所述吡嗪类离子液体。

上述制备过程效率高、无污染、有利于吡嗪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，包括吡嗪类离子液体、锂盐及碳酸酯类有机溶剂，

其中，所述吡嗪类离子液体的结构式如下：

Y^-为BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-、(FSO₂)₂N^-或CF₃SO₃^-；