一種亞胺堿金屬鹽和離子液體及其作為非水電解質(zhì)的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種亞胺堿金屬鹽和離子液體及其作為非水電解質(zhì)的應(yīng)用，提供了一種含“S-氟烷基磺酰亞胺基”的氟烷基磺酰亞胺鹽堿金屬鹽和含“S-氟烷基磺酰亞胺基”的氟烷基磺酰亞胺陰離子與锍鹽、銨鹽、磷鹽陽離子組成的離子液體，本發(fā)明以硫價(jià)態(tài)為+4的(氟烷基磺酰)(氟烷基亞磺酰)亞胺與羥胺氧磺酸反應(yīng)來制備氟烷基磺酰亞胺的中間體氟代烷基（S-氟烷基磺酰亞氨基）磺酰胺，有效縮短了由(氟烷基磺酰)(氟烷基亞磺酰)亞胺通過氯化、氟化、胺化三步驟制備氟代烷基（S-氟烷基磺酰亞氨基）磺酰胺的路線，操作簡便，產(chǎn)率和純度高，該堿金屬鹽具有較好的熱穩(wěn)定性和耐水解性，在傳統(tǒng)碳酸酯溶液中具備高的電導(dǎo)率和氧化電位，與廣泛應(yīng)用的電極材料的相容性好，其離子液體可用于鋰離子電池和碳基超級電容器。
【專利說明】—種亞胺堿金屬鹽和離子液體及其作為非水電解質(zhì)的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機(jī)氟化學(xué)、新材料及先進(jìn)電源【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種含“s-氟烷基磺酰亞胺基”的氟烷基磺酰亞胺的堿金屬鹽和離子液體及其制備方法，以及該堿金屬鹽和離子液體作為電解質(zhì)材料在二次鋰(離子)電池和碳基超級電容器中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]含氟磺酰亞胺及其堿金屬鹽，特別是鋰鹽，是重要的含氟離子化合物，在二次鋰(離子)電池、超級電容器、以及鋁電解電容器等清潔能源器件用高性能非水電解質(zhì)材料、以及新型高效催化劑等領(lǐng)域，均具有重要的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用價(jià)值。
[0003]目前，關(guān)于含氟磺酰亞胺的研究多集中在一元含氟磺酰亞胺(Coord.Chem.Revs., 1997, 158,413.)，也就是陰離子結(jié)構(gòu)中含有一個(gè)磺酰亞胺(-SO2NSO2-)單元，如雙(氟烷基磺酰)亞胺(H[(RfSO2)2N], Rf = CmF2m+1，m = I — 8)及其堿金屬鹽(Μ[ (RfSO2) 2N]，M=Li, Na, K, Rb, Cs)，其中具有代表性的是雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰(Li [ (CF3SO2) 2N]，簡稱LiTFSD0由于分子中CF3的強(qiáng)吸電子作用，以及磺酰亞胺基團(tuán)(-SO2-N-SO2-)的共軛離域作用，使得[(CF3SO2)2N] — (TFSF)陰離子中的負(fù)電荷高度分散，而成為弱配位的有機(jī)陰離子，故而使得HTFSI具有極強(qiáng)的酸性和耐氧化還原性能，其堿金屬鹽、離子液體具有良好的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性。為此，人們考慮進(jìn)一步將具有強(qiáng)吸電子能力的氟烷基磺?；?RfSO2)引入上述雙(氟烷基磺酰)亞胺([(RfSO2)2N])陰離子中，如TFSI_陰離子，以期開發(fā)出具有更強(qiáng)的有機(jī)超酸和配位性更弱的含氟有機(jī)陰離子，如代表性的(三氟甲基(S-三氟甲基磺酰亞胺基)磺酰)(三氟甲基磺酰)亞胺陰離子(式(A))，雙(三氟甲基(S-三氟甲基磺酰亞胺基)磺酰)亞胺陰離子(式(A))等“S-氟烷基磺酰亞胺(RfSO2N=S)基”的氟烷基磺酰亞胺陰離子(Org.Biomol.Chem., 2005, 3, 2239)。
[0004]
【權(quán)利要求】
1.具有以下通式(IX)所示的離子液體，C + A-(IX)式(IX)中，C+是選自以下式(a)至(h)的陽離子:
2.權(quán)利要求1所述的離子液體的制備方法，包括以下步驟:將等摩爾量的含“S-氟烷基磺酰亞胺基”的亞胺堿金屬鹽以及式(a)至(h)的锍鹽、銨鹽或磷鹽的鹵化物分別溶于去離子水中，然后在25°C下混合，攪拌0.5小時(shí)后，靜置分層，用分液漏斗分出下層液體，溶于二氯甲烷，再用去離子水洗滌3~5次，減壓除去二氯甲烷溶劑后，90°C真空減壓干燥12小時(shí)，得無色或淺黃色離子液體，
3.一種離子液體電解液，包括離子液體和鋰鹽，其特征在于，該離子液體電解液中的離子液體是以下(A)、(B)、(C)中的一種: (A)權(quán)利要求1所述的離子液體中的一種或二種以上混合體系； (B)權(quán)利要求1所述的離子液體中的一種或二種以上與其他離子液體的混合體系，所述的其它離子液體是由陰離子TFSI_，F(xiàn)SI_，PF6_或BF4_與以下式(a)至(h)所代表的锍鹽、銨鹽、磷鹽及胍鹽的陽離子中的一種或兩種以上組成的離子液體；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離子液體電解液，其特征在于，所述的環(huán)狀碳酸酯可以是碳酸乙烯酯(EC)或碳酸丙烯酯(PC);所述的鏈狀線型碳酸酯可以是碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)中的一種或二種以上的混合物；所述的羧酸酯可以是 CH3CO2CH3 (MA)'CF3CO2CF3 (MA-f), CH3CO2CH2CH3 (EA)、CF3CO2CF2CF3 (EA_f)、CH3CO2CH2CF3 (TFEA)、CF3CO2CH2CH3 (ETFA)、CH3CH2CO2CH3 (MP)、CF3CF2CO2CF3 (ΜΡ-f)中的一種或二種以上的混合物。
5.一種鋰離子電池或鋰電池，其特征在于，含有權(quán)利要求3或4所述的離子液體電解液。
6.權(quán)利要求3或4所述的離子液體電解液在制備鋰離子電池或鋰電池或碳基超級電容器中的應(yīng)用。
【文檔編號】C07C311/48GK103626682SQ201310559334
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月10日
【發(fā)明者】韓鴻波, 周志彬, 聶進(jìn), 程小榮, 鞏守則 申請人:華中科技大學(xué), 蘇州氟特電池材料有限公司