一種對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的制備方法，以水作為反應(yīng)介質(zhì)，將銨鹽和二鹵代烷在縛酸劑下常壓回流反應(yīng) 10~20h ，然后濃縮至對稱螺環(huán)季銨鹽的質(zhì)量為對稱螺環(huán)季銨鹽反應(yīng)液質(zhì)量的 15%~25% ，過濾、提純得到對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)；其中，銨鹽為四氟硼酸銨、三氟甲磺酸銨、二氟草酸硼酸銨中的任一種；二鹵代烷為 1 ， 4- 二氯丁烷、 1 ， 5- 二氯戊烷、 1 ， 4- 二溴丁烷、 1 ， 5- 二溴戊烷中任一種；銨鹽、二鹵代烷、縛酸劑的投料摩爾比為 1:2~2.2:2~2.3 ；在反應(yīng)起始時，銨鹽的濃度小于等于 0.5mol/l 。本發(fā)明的原料價格便宜，整個制備工藝安全性高，合成反應(yīng)的選擇性好，產(chǎn)品收率高，純度高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化學合成領(lǐng)域，具體涉及一種對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于電化學儲能器件特別是超級電容器具有優(yōu)良的脈沖充放電性能以及傳統(tǒng)物 理電容所不具有的大容量儲能性能，在高能脈沖激光器中的應(yīng)用已經(jīng)引起了人們的廣泛 注意。同時，因其存儲能量大，質(zhì)量輕，可多次充放電而被人們用作計算機系統(tǒng)和無線通訊 設(shè)備的備用電源。隨著環(huán)保型電動汽車研究的興起，電化學電容與鉛酸電池及其他電池 配合使用組成復合電池，應(yīng)用于電動汽車的電源啟動系統(tǒng)，在車輛的起步、加速、制動過程 中起到保護蓄電池和節(jié)能的作用，或者直接作為電動車的電源；也可以為內(nèi)燃機以及其他 重型汽車發(fā)動機的啟動系統(tǒng)提供瞬間的大電流。由于電化學電容具有以上的優(yōu)點和廣泛 的應(yīng)用，自60年代以來就開始了對使用各種使用活性炭作為電極材料的雙電層電化學電 容的廣泛研究。目前，商業(yè)上廣泛使用的超級電容器是以TEA(四乙基銨四氟硼酸鹽）和 TEMA(三乙基甲銨四氟硼酸鹽）為電解質(zhì)鹽的有機電解液，但在苛刻的條件下、且需要在大 電流下使用的領(lǐng)域，存在電導率低、容量低、低溫性能差、能量密度低等缺點，因此開發(fā)高電 導、大容量，高低溫性能優(yōu)異的電解質(zhì)鹽成為超級電容器向大規(guī)模儲能器件發(fā)展的突破口。
[0003] 為了改善其低溫性能、電導率以及容量，已知有使用螺環(huán)季銨鹽作為一類新的電 解質(zhì)，用于電解液中，在專利文獻（CN201010594705、CN201210475201、CN200680040555、 US6469888)中描述了環(huán)狀胺與二鹵代烴進行親核取代反應(yīng)，先合成相應(yīng)的鹵代鹽或二醇雙 磺酸酯，再通過離子交換制備螺環(huán)季銨鹽的合成。該方法合成工藝長，離子交換過程中使用 強酸有一定安全隱患，提純過程常常需要在有機溶劑中進行重結(jié)晶，能耗較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種合成成本低的對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的 制備方法。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的制備方法，以水作為反應(yīng)介質(zhì)，將銨鹽和二鹵代烷 在縛酸劑的作用下進行常壓回流反應(yīng)10?20h，生成對稱螺環(huán)季銨鹽反應(yīng)液，將所述的對 稱螺環(huán)季銨鹽反應(yīng)液濃縮至對稱螺環(huán)季銨鹽的質(zhì)量為所述的對稱螺環(huán)季銨鹽反應(yīng)液質(zhì)量 的15 %?25%，然后過濾得到對稱螺環(huán)季銨鹽水溶液，將所述的對稱螺環(huán)季銨鹽水溶液進 行提純得到所述的對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)；
[0007] 其中，所述的銨鹽為四氟硼酸銨、三氟甲磺酸銨、二氟草酸硼酸銨中的任一種；
[0008] 所述的二鹵代烷為1，4-二氯丁烷、1，5-二氯戊烷、1，4-二溴丁烷、1，5-二溴戊烷 中任一種；
[0009] 所述的銨鹽、所述的二鹵代烷、所述的縛酸劑的投料摩爾比為1:2?2. 2:2? 2. 3 ；
[0010] 在反應(yīng)起始時,所述的銨鹽的濃度小于等于0. 5mol/l。
[0011] 優(yōu)選地，所述的縛酸劑為碳酸鉀或碳酸鈉。
[0012] 優(yōu)選地，所述的銨鹽、所述的二鹵代烷、所述的縛酸劑的投料摩爾比為1:2? 2. 06:2. 05 ?2. 15。
[0013] 優(yōu)選地，在反應(yīng)起始時，所述的銨鹽的濃度為0. 4?0. 5mol/l。
[0014] 優(yōu)選地，所述的提純的具體步驟為：將所述的對稱螺環(huán)季銨鹽水溶液濃縮至所述 的對稱螺環(huán)季銨鹽的質(zhì)量為所述的對稱螺環(huán)季銨鹽水溶液質(zhì)量的70 %?80%，然后加入 有機溶劑進行結(jié)晶，過濾、真空干燥得到所述的對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)。
[0015] 進一步優(yōu)選地，所述的有機溶劑為乙醇、異丙醇、正丁醇中的任一種。
[0016] 進一步優(yōu)選地，所述的結(jié)晶在-15°c?0°C下進行。
[0017] 進一步優(yōu)選地，進行所述的結(jié)晶的時間為8?12h。
[0018] 進一步優(yōu)選地，進行所述的真空干燥的時間為20?30h。

【權(quán)利要求】
1. 一種對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的制備方法，其特征在于：以水作為反應(yīng)介質(zhì)，將銨鹽 和二鹵代烷在縛酸劑的作用下進行常壓回流反應(yīng)l(T20h，生成對稱螺環(huán)季銨鹽反應(yīng)液，將 所述的對稱螺環(huán)季銨鹽反應(yīng)液濃縮至對稱螺環(huán)季銨鹽的質(zhì)量為所述的對稱螺環(huán)季銨鹽反 應(yīng)液質(zhì)量的159T25%，然后過濾得到對稱螺環(huán)季銨鹽水溶液，將所述的對稱螺環(huán)季銨鹽水溶 液進行提純得到所述的對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)； 其中，所述的銨鹽為四氟硼酸銨、三氟甲磺酸銨、二氟草酸硼酸銨中的任一種； 所述的二鹵代烷為1，4-二氯丁烷、1，5-二氯戊烷、1，4-二溴丁烷、1，5-二溴戊烷中任 一種； 所述的銨鹽、所述的二鹵代烷、所述的縛酸劑的投料摩爾比為1:2~2. 2:2~2. 3 ; 在反應(yīng)起始時，所述的銨鹽的濃度小于等于〇. 5mol/l。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的制備方法，其特征在于：所述的縛 酸劑為碳酸鉀或碳酸鈉。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的制備方法，其特征在于：所述的銨 鹽、所述的二鹵代烷、所述的縛酸劑的投料摩爾比為1:2~2. 06:2. 05~2. 15。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的制備方法，其特征在于：在反應(yīng)起 始時，所述的銨鹽的濃度為〇? 4~0. 5mol/l。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的制備方法，其特征在 于：所述的提純的具體步驟為：將所述的對稱螺環(huán)季銨鹽水溶液濃縮至所述的對稱螺環(huán)季 銨鹽的質(zhì)量為所述的對稱螺環(huán)季銨鹽水溶液質(zhì)量的709T80%，然后加入有機溶劑進行結(jié)晶， 過濾、真空干燥得到所述的對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的制備方法，其特征在于：所述的有 機溶劑為乙醇、異丙醇、正丁醇中的任一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的制備方法，其特征在于：所述的結(jié) 晶在-15°C?0°C下進行。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的制備方法，其特征在于：進行所述 的結(jié)晶的時間為8~12h。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的制備方法，其特征在于：進行所述 的真空干燥的時間為20?30h。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的對稱螺環(huán)季銨鹽電解質(zhì)的制備方法，其特征 在于：所述的水為去離子水。
【文檔編號】H01G11/62GK104387386SQ201410594328
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】何永剛, 鄒凱, 熊鯤, 施蘇萍, 聞立新, 郭軍, 關(guān)士友, 李建中 申請人:江蘇國泰超威新材料有限公司