專利名稱：超級電容器用螺環(huán)季銨鹽及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種超級電容器有機電解質(zhì)的制備方法，具體地說是一種超級電容器用螺環(huán)季銨鹽及其制備方法。
背景技術(shù)：
超級電容器(雙電層電容器)是近年來發(fā)展起來的一種高能量電能存儲元件，具有高功率密度、高循環(huán)壽命、可快速沖放電和對環(huán)境無污染等優(yōu)點，被廣泛應用于電機調(diào)節(jié)器、傳感器、微機存儲器的后備電源、機動車輛的啟動裝置、風力發(fā)電和太陽能發(fā)電系統(tǒng)等 潔凈能源系統(tǒng)，因而受到關注。季胺鹽作為超級電容器的非水電解質(zhì)，可用作能量儲藏裝置的化學電池或高能量電容器的支持電解質(zhì)。迄今為止，作為季胺離子，包括脂肪族季胺離子(CN :1503778)和芳香族季胺離子(CN : 1361716和CN : 1524853)已被廣泛研究并應用于超級電容器(US :5086374 ;JP2004-146592 ；Kobayashi et al, Synthetic Metals,1987，18，619 624)。螺環(huán)季銨鹽作為一類新的電解質(zhì)材料，在專利文獻(US =2007-201185, WO 2005-022571, JP =2006-186052, JP2006-49447, JP =2005-294332, JP =2005-260030 等)中敘述了含有該類季銨鹽的超級電容器有機電解液。該電解液可以滿足超級電容器的電化學和化學穩(wěn)定性的要求，提供較高的容量，提高能量密度和功率密度。作為螺環(huán)季銨鹽合成方法，在專利(US : 2007-49750，JP2005-294332，US 3055171)和期刊論文(ARKIV0C, 2002 (iii) ,63-70 ;Chem. Ber.，1924，57，187 ;Chem. Ber.，1916,49,970)中描述了環(huán)狀胺與二鹵代烴，在有機溶劑中進行親核取代反應，再通過四氟硼酸、六氟磷酸或其相應的金屬鹽作為離子交換劑制備螺環(huán)季銨鹽的方法。由于含氟陰離子季銨鹽在超級電容器的工作過程中會離解出氟離子及產(chǎn)生氟化氫，因而影響超級電容器的電化學性能和使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種原料易得，生產(chǎn)操作簡便，反應選擇性好，產(chǎn)品質(zhì)量高，適合于規(guī)?；a(chǎn)以及性能優(yōu)良的超級電容器用螺環(huán)季銨鹽及其制備方法。本發(fā)明超級電容器用螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其以水為反應介質(zhì)，將環(huán)狀胺與二鹵代烷或二醇雙磺酸酯，經(jīng)過縮合反應，得到相應的螺環(huán)季銨鹽；將此銨鹽與雙草酸硼酸鋰進行離子交換得到陰、陽離子具有螺環(huán)結(jié)構(gòu)的季銨鹽；最后對其進行純化得到目標產(chǎn)物。本發(fā)明所述螺環(huán)季銨鹽構(gòu)成的超級電容器，具有低的內(nèi)阻和高的靜電容量，以及優(yōu)良的循環(huán)特性。本發(fā)明提出的螺環(huán)季銨鹽的制備可通過如下過程依次實現(xiàn)I)以水為反應介質(zhì)，在堿的作用下，將環(huán)狀胺與二鹵代烷或二醇雙磺酸酯，經(jīng)過縮合反應，得到相應的螺環(huán)季銨鹽；該螺環(huán)季銨鹽的結(jié)構(gòu)如下
權(quán)利要求
1.一種超級電容器用螺環(huán)季銨鹽，其特征在于，結(jié)構(gòu)通式如下
2.一種如權(quán)利要求I所述超級電容器用螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征在于，按如下步驟依次進行 (1)以水為反應介質(zhì)，在堿的作用下，將環(huán)狀胺與二鹵代烷或二醇雙磺酸酯，經(jīng)過縮合反應，得到相應的螺環(huán)季銨鹽； (2)將步驟(I)所述螺環(huán)季銨鹽與雙草酸硼酸鋰進行離子交換得到陰、陽離子具有螺環(huán)結(jié)構(gòu)的季銨鹽； (3)經(jīng)過純化即得目的產(chǎn)物。
3.如權(quán)利要求2所述超級電容器用螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征在于所述環(huán)狀胺為四氫吡咯、六氫哌啶、六亞甲胺或嗎菲啉。
4.如權(quán)利要求3所述超級電容器用螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征在于所述二鹵代燒為端基取代的~· 代燒或氧雜~· 代燒。
5.如權(quán)利要求2 4之任一所述超級電容器用螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征在于所述二醇雙磺酸酯為端基二醇或氧雜二醇相應的甲基磺酸酯。
6.如權(quán)利要求2 4之任一所述超級電容器用螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征在于所述二醇雙磺酸酯為端基二醇或氧雜二醇相應的苯磺酸酯。
7.如權(quán)利要求2 4之任一所述超級電容器用螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征在于進行縮合反應所用的堿為堿金屬或堿土金屬的氫氧化物或其碳酸鹽。
8.如權(quán)利要求7所述超級電容器用螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征在于進行縮合反應的反應時間為I 24小時。
9.如權(quán)利要求8所述超級電容器用螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征在于所述環(huán)狀胺、二鹵代烷與堿的重量比依次為1 I 2 I 4。
10.如權(quán)利要求9所述超級電容器用螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征在于所述離子交換劑為雙草酸硼酸鋰。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超級電容器用螺環(huán)季銨鹽及其制備方法，其特征在于，通式為其中(A)中n，m＝1，2，3；(B)或(C)中n，m＝1，2，3；p＝1，2。制備方法包括以水為反應介質(zhì)，在堿的作用下，將環(huán)狀胺與二鹵代烷或二醇雙磺酸酯，經(jīng)過縮合反應；將所得螺環(huán)季銨鹽與雙草酸硼酸鋰進行離子交換，再經(jīng)純化即得目的產(chǎn)物。本發(fā)明原料易得，反應選擇性好，產(chǎn)品質(zhì)量高，適合于規(guī)模化生產(chǎn)，所述螺環(huán)季銨鹽構(gòu)成的超級電容器，具有低的內(nèi)阻和高的靜電容量，以及優(yōu)良的循環(huán)特性。
文檔編號H01G11/62GK102942581SQ20121047520
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月21日
發(fā)明者王道林, 何鐵石, 金振興 申請人:渤海大學