專利名稱：一種超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)氧雜螺環(huán)季銨鹽的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)的合成方法，具體地說(shuō)是一種制備氧雜螺 環(huán)季銨鹽的方法。
背景技術(shù)：
超級(jí)電容器(雙電層電容器)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種高能量電能存儲(chǔ)元件，具 有高功率密度、高循環(huán)壽命、可快速?zèng)_放電和對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電機(jī)調(diào)節(jié) 器、傳感器、微機(jī)存儲(chǔ)器的后備電源、機(jī)動(dòng)車(chē)輛的啟動(dòng)裝置、風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)等 潔凈能源系統(tǒng)，因而受到關(guān)注。季胺鹽作為超級(jí)電容器的非水電解質(zhì)，可用作能量?jī)?chǔ)藏裝置 的化學(xué)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(yīng)用于超級(jí)電容器(US :5086374 JP 2004-146592 ；Kobayashi et al, Synthetic Metals，1987，18，619 624)。螺環(huán)季銨鹽 作為一類新的化合物，在專利文獻(xiàn)(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(jí)電 容器有機(jī)電解液。該電解液可以滿足超級(jí)電容器的電化學(xué)和化學(xué)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)狀胺與二鹵代烴進(jìn)行親核取代反應(yīng)，先合成相應(yīng)的鹵代鹽，再通 過(guò)離子交換制備螺環(huán)季銨鹽的合成過(guò)程，該方法收率較低，且在制備過(guò)程中使用了大量有 機(jī)溶劑，因此作為規(guī)?；a(chǎn)方法存在明顯不足。尤其是在產(chǎn)品中含有大量的鹵離子，難以 滿足電化學(xué)產(chǎn)品的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種操作簡(jiǎn)便，選擇性好，收率高，適 合于規(guī)?；a(chǎn)的超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)氧雜螺環(huán)季銨鹽的制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的—種超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)氧雜螺環(huán)季銨鹽的制備方法，可按如下步驟依次實(shí) 施(1)以水為反應(yīng)介質(zhì)，在堿的作用下，將環(huán)狀二胺與氧雜二鹵代烷或氧雜二醇雙磺 酸酯的混合溶液，經(jīng)過(guò)縮合反應(yīng)，制得磺酸氧雜螺環(huán)季銨鹽；(2)將步驟(1)所述磺酸氧雜螺環(huán)季銨鹽經(jīng)離子交換得到相應(yīng)的螺環(huán)季銨鹽；(3)將步驟( 所述螺環(huán)季銨鹽進(jìn)行純化，即得目標(biāo)產(chǎn)物超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì) 氧雜螺環(huán)季銨鹽。氧雜螺環(huán)季銨鹽的結(jié)構(gòu)如下
權(quán)利要求
1.一種超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)氧雜螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征在于，按如下步驟 依次實(shí)施(1)以水為反應(yīng)介質(zhì)，在堿的作用下，將環(huán)狀二胺與氧雜二鹵代烷或氧雜二醇雙磺酸酯 的混合溶液，經(jīng)過(guò)縮合反應(yīng)，制得磺酸氧雜螺環(huán)季銨鹽；(2)將步驟(1)所述磺酸氧雜螺環(huán)季銨鹽經(jīng)離子交換得到相應(yīng)的螺環(huán)季銨鹽；(3)將步驟( 所述螺環(huán)季銨鹽進(jìn)行純化，即得目標(biāo)產(chǎn)物超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)氧雜 螺環(huán)季銨鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)氧雜螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征 在于所述環(huán)狀二胺為四氫吡咯、六氫哌啶、六亞甲亞胺或嗎菲啉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)氧雜螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征 在于所述氧雜二商代烷為氧雜二氯代烷、氧雜二溴代烷或氧雜二碘代烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)氧雜螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征 在于所述氧雜二醇雙磺酸酯為氧雜1，4- 丁二醇或氧雜1，5-戊二醇或氧雜1，6-己二醇相 應(yīng)的甲基磺酸酯或苯磺酸酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)氧雜螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征 在于所述步驟(1)中縮合反應(yīng)所用的堿為堿金屬或堿土金屬氫氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)氧雜螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征 在于所述步驟(1)中縮合反應(yīng)所用的堿為堿金屬或堿土金屬碳酸鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)氧雜螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其 特征在于所述縮合反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間為0. 1 M小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 6之任一所述的超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)氧雜螺環(huán)季銨鹽的制備方 法，其特征在于所述環(huán)狀二胺、氧雜二鹵代烷及堿的摩爾比依次為1 1 2 1 4;所 述環(huán)狀二胺、氧雜二醇雙磺酸酯及堿的摩爾比依次為1 1 2 1 4。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)氧雜螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特征 在于所述離子交換反應(yīng)所需的離子交換劑為氟硼酸的堿金屬或堿土金屬相應(yīng)的鹽或者六 氟磷酸的堿金屬或堿土金屬相應(yīng)的鹽。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)氧雜螺環(huán)季銨鹽的制備方法，其特 征在于所述步驟(3)中的純化過(guò)程為在醇、酮、腈有機(jī)溶劑中，加入活性碳、分子篩進(jìn)行重 結(jié)晶。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超級(jí)電容器有機(jī)電解質(zhì)氧雜螺環(huán)季銨鹽的制備方法，該方法通過(guò)如下過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)以水為反應(yīng)介質(zhì)，將環(huán)狀二胺與氧雜二鹵代烷或氧雜二醇雙磺酸酯在一定溫度下，經(jīng)過(guò)縮合反應(yīng)，得到相應(yīng)的螺環(huán)季銨鹽；將此銨鹽通過(guò)離子交換得到相應(yīng)的螺環(huán)季銨鹽；最后對(duì)其進(jìn)行純化得到目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明選擇性好，目標(biāo)產(chǎn)物收率高，可使電解質(zhì)中的雜質(zhì)含量達(dá)到小于5ppm，可以滿足超級(jí)電容器有機(jī)電解液的要求。
文檔編號(hào)C07D498/10GK102070651SQ20101059471
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月18日
發(fā)明者曹亮, 李帝, 王道林, 金振興 申請(qǐng)人:渤海大學(xué)