专利名称：超级电容器用螺环季铵盐及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种超级电容器有机电解质的制备方法，具体地说是一种超级电容器用螺环季铵盐及其制备方法。
背景技术：
超级电容器(双电层电容器)是近年来发展起来的一种高能量电能存储元件，具有高功率密度、高循环寿命、可快速冲放电和对环境无污染等优点，被广泛应用于电机调节器、传感器、微机存储器的后备电源、机动车辆的启动装置、风力发电和太阳能发电系统等 洁净能源系统，因而受到关注。季胺盐作为超级电容器的非水电解质，可用作能量储藏装置的化学电池或高能量电容器的支持电解质。迄今为止，作为季胺离子，包括脂肪族季胺离子(CN :1503778)和芳香族季胺离子(CN : 1361716和CN : 1524853)已被广泛研究并应用于超级电容器(US :5086374 ;JP2004-146592 ；Kobayashi et al, Synthetic Metals,1987，18，619 624)。螺环季铵盐作为一类新的电解质材料，在专利文献(US =2007-201185, WO 2005-022571, JP =2006-186052, JP2006-49447, JP =2005-294332, JP =2005-260030 等)中叙述了含有该类季铵盐的超级电容器有机电解液。该电解液可以满足超级电容器的电化学和化学稳定性的要求，提供较高的容量，提高能量密度和功率密度。作为螺环季铵盐合成方法，在专利(US : 2007-49750，JP2005-294332，US 3055171)和期刊论文(ARKIV0C, 2002 (iii) ,63-70 ;Chem. Ber.，1924，57，187 ;Chem. Ber.，1916,49,970)中描述了环状胺与二卤代烃，在有机溶剂中进行亲核取代反应，再通过四氟硼酸、六氟磷酸或其相应的金属盐作为离子交换剂制备螺环季铵盐的方法。由于含氟阴离子季铵盐在超级电容器的工作过程中会离解出氟离子及产生氟化氢，因而影响超级电容器的电化学性能和使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原料易得，生产操作简便，反应选择性好，产品质量高，适合于规模化生产以及性能优良的超级电容器用螺环季铵盐及其制备方法。本发明超级电容器用螺环季铵盐的制备方法，其以水为反应介质，将环状胺与二卤代烷或二醇双磺酸酯，经过缩合反应，得到相应的螺环季铵盐；将此铵盐与双草酸硼酸锂进行离子交换得到阴、阳离子具有螺环结构的季铵盐；最后对其进行纯化得到目标产物。本发明所述螺环季铵盐构成的超级电容器，具有低的内阻和高的静电容量，以及优良的循环特性。本发明提出的螺环季铵盐的制备可通过如下过程依次实现I)以水为反应介质，在碱的作用下，将环状胺与二卤代烷或二醇双磺酸酯，经过缩合反应，得到相应的螺环季铵盐；该螺环季铵盐的结构如下
权利要求
1.一种超级电容器用螺环季铵盐，其特征在于，结构通式如下
2.一种如权利要求I所述超级电容器用螺环季铵盐的制备方法，其特征在于，按如下步骤依次进行 (1)以水为反应介质，在碱的作用下，将环状胺与二卤代烷或二醇双磺酸酯，经过缩合反应，得到相应的螺环季铵盐； (2)将步骤(I)所述螺环季铵盐与双草酸硼酸锂进行离子交换得到阴、阳离子具有螺环结构的季铵盐； (3)经过纯化即得目的产物。
3.如权利要求2所述超级电容器用螺环季铵盐的制备方法，其特征在于所述环状胺为四氢吡咯、六氢哌啶、六亚甲胺或吗菲啉。
4.如权利要求3所述超级电容器用螺环季铵盐的制备方法，其特征在于所述二卤代烧为端基取代的~· 代烧或氧杂~· 代烧。
5.如权利要求2 4之任一所述超级电容器用螺环季铵盐的制备方法，其特征在于所述二醇双磺酸酯为端基二醇或氧杂二醇相应的甲基磺酸酯。
6.如权利要求2 4之任一所述超级电容器用螺环季铵盐的制备方法，其特征在于所述二醇双磺酸酯为端基二醇或氧杂二醇相应的苯磺酸酯。
7.如权利要求2 4之任一所述超级电容器用螺环季铵盐的制备方法，其特征在于进行缩合反应所用的碱为碱金属或碱土金属的氢氧化物或其碳酸盐。
8.如权利要求7所述超级电容器用螺环季铵盐的制备方法，其特征在于进行缩合反应的反应时间为I 24小时。
9.如权利要求8所述超级电容器用螺环季铵盐的制备方法，其特征在于所述环状胺、二卤代烷与碱的重量比依次为1 I 2 I 4。
10.如权利要求9所述超级电容器用螺环季铵盐的制备方法，其特征在于所述离子交换剂为双草酸硼酸锂。
全文摘要
本发明公开了一种超级电容器用螺环季铵盐及其制备方法，其特征在于，通式为其中(A)中n，m＝1，2，3；(B)或(C)中n，m＝1，2，3；p＝1，2。制备方法包括以水为反应介质，在碱的作用下，将环状胺与二卤代烷或二醇双磺酸酯，经过缩合反应；将所得螺环季铵盐与双草酸硼酸锂进行离子交换，再经纯化即得目的产物。本发明原料易得，反应选择性好，产品质量高，适合于规模化生产，所述螺环季铵盐构成的超级电容器，具有低的内阻和高的静电容量，以及优良的循环特性。
文档编号H01G11/62GK102942581SQ20121047520
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者王道林, 何铁石, 金振兴 申请人:渤海大学