[发明专利]双中心哌嗪类离子液体及其制备方法与电解液及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及一类双中心哌嗪类离子液体及其制备方法。本发明还涉及采用该双中心哌嗪类离子液体所制备的电解液及锂离子电池上。

背景技术

离子液体是指在室温范围内(一般为100℃以下)呈液态，由有机阳离子和无机阴离子或有机阴离子构成的。离子液体具有可调性，根据不同需要改变其阴阳离子结构可以达到设计者的目的，因而离子液体被称为设计者的溶剂。早在1914年就发现了第一个离子液体-硝基乙胺，但其后该领域的研究进展缓慢。直到1992年，Wikes领导的研究小组合成了低熔点、抗水解、稳定性强的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([EMIM]BF₄)后，离子液体的研究才得以迅速发展，随后开发出了一系列的离子液体体系。最初的离子液体主要用于电化学研究，近年来离子液体作为绿色溶剂用于有机及高分子合成受到重视。与传统的有机溶剂和电解质相比，离子液体具有一系列突出的优点：(1)熔点低于或接近室温，呈液态的温度范围宽；(2)蒸气压低、几乎不挥发、无色、无嗅；(3)具有较大的稳定温度范围，较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口；(4)良好的溶解特性，对很多无机物和有机物都表现出良好的溶解能力；(5)无着火点且不易燃烧；(6)可循环使用，不污染环境等。目前对离子液体的研究主要集中在新型离子液体的合成、离子液体物理和化学特性的表征及其作为溶剂和电解质的应用研究等方面。离子液体作为一类新型的溶剂、介质、催化剂，在有机合成、催化反应、萃取分离、材料制备、天然高分子、电化学等领域的研究取得了许多令人满意的结果，受到了广泛的关注。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种新型、安全性好、环境友好的双中心哌嗪类离子液体。

本发明的第二目的在于提供一种所述双中心哌嗪类离子液体的制备法方法。

本发明的第三目的在于提供一种由所述双中心哌嗪类离子液体制备的离子液体电解液。

本发明的第四目的在于提供一种由所述离子液体电解液制备的锂离子电池。

为了实现本发明的第一个目的，本发明所采用的技术方案为：

一种具有下述通式(I)的双中心哌嗪类离子液体，

其中，Y为四氟硼酸阴离子(BF₄^-)、六氟磷酸阴离子(PF₆^-)、三氟甲基磺酰亚胺阴离子((CF₃SO₂)₂N^-)或三氟甲基磺酸阴离子(CF₃SO₃^-)；

R为具有下述通式(II)的甲氧基烷基：

CH₃O(CH₂)_n(II)，其中，n为2、3或4。

为了实现本发明的第二目的，本发明所采用的技术方案为：

一种双中心哌嗪类离子液体的方法，其大致工艺流程如下：1，4-二甲基哌嗪→烷基哌嗪卤化物→双中心哌嗪阳离子类离子液体。具体而言，上述制备方法包括如下步骤：

(a)二烷基哌嗪卤化物的制备：将具有下述通式(III)的1，4-二甲基哌嗪和卤代烷RX反应制得具有下述通式(IV)的二烷基哌嗪卤化物。

其中，R为具有下述通式(II)的甲氧基烷基：

CH₃O(CH₂)_n(II)，其中，n为2、3或4；

X为卤素，优选氯、溴或碘原子；

(b)所述双中心哌嗪类离子液体的制备：将所述步骤(a)制得的二烷基哌嗪卤化物与无机盐MY及去离子水进行离子交换反应，得到所述双中心哌嗪类离子液体。

其中，Y为四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、三氟甲基磺酰亚胺阴离子或三氟甲基磺酸阴离子；

M为钠离子、钾离子或铵离子。

以上步骤(a)和步骤(b)所发生的反应可以用以下反应式表示，

其中，RX中R为具有下述通式(II)的甲氧基烷基：

CH₃O(CH₂)_n(II)，其中，n为2、3或4；

X为卤素，优选氯、溴或碘原子；