专利名称：一种超级电容器有机电解质氧杂螺环季铵盐的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种超级电容器有机电解质的合成方法，具体地说是一种制备氧杂螺 环季铵盐的方法。
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 JP 2004-146592 ；Kobayashi et al, Synthetic Metals，1987，18，619 624)。螺环季铵盐 作为一类新的化合物，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进行亲核取代反应，先合成相应的卤代盐，再通 过离子交换制备螺环季铵盐的合成过程，该方法收率较低，且在制备过程中使用了大量有 机溶剂，因此作为规模化生产方法存在明显不足。尤其是在产品中含有大量的卤离子，难以 满足电化学产品的要求。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种操作简便，选择性好，收率高，适 合于规模化生产的超级电容器有机电解质氧杂螺环季铵盐的制备方法。为达到上述目的，本发明是这样实现的—种超级电容器有机电解质氧杂螺环季铵盐的制备方法，可按如下步骤依次实 施(1)以水为反应介质，在碱的作用下，将环状二胺与氧杂二卤代烷或氧杂二醇双磺 酸酯的混合溶液，经过缩合反应，制得磺酸氧杂螺环季铵盐；(2)将步骤(1)所述磺酸氧杂螺环季铵盐经离子交换得到相应的螺环季铵盐；(3)将步骤( 所述螺环季铵盐进行纯化，即得目标产物超级电容器有机电解质 氧杂螺环季铵盐。氧杂螺环季铵盐的结构如下
权利要求
1.一种超级电容器有机电解质氧杂螺环季铵盐的制备方法，其特征在于，按如下步骤 依次实施(1)以水为反应介质，在碱的作用下，将环状二胺与氧杂二卤代烷或氧杂二醇双磺酸酯 的混合溶液，经过缩合反应，制得磺酸氧杂螺环季铵盐；(2)将步骤(1)所述磺酸氧杂螺环季铵盐经离子交换得到相应的螺环季铵盐；(3)将步骤( 所述螺环季铵盐进行纯化，即得目标产物超级电容器有机电解质氧杂 螺环季铵盐。
2.根据权利要求1所述的超级电容器有机电解质氧杂螺环季铵盐的制备方法，其特征 在于所述环状二胺为四氢吡咯、六氢哌啶、六亚甲亚胺或吗菲啉。
3.根据权利要求2所述的超级电容器有机电解质氧杂螺环季铵盐的制备方法，其特征 在于所述氧杂二商代烷为氧杂二氯代烷、氧杂二溴代烷或氧杂二碘代烷。
4.根据权利要求3所述的超级电容器有机电解质氧杂螺环季铵盐的制备方法，其特征 在于所述氧杂二醇双磺酸酯为氧杂1，4- 丁二醇或氧杂1，5-戊二醇或氧杂1，6-己二醇相 应的甲基磺酸酯或苯磺酸酯。
5.根据权利要求4所述的超级电容器有机电解质氧杂螺环季铵盐的制备方法，其特征 在于所述步骤(1)中缩合反应所用的碱为碱金属或碱土金属氢氧化物。
6.根据权利要求4所述的超级电容器有机电解质氧杂螺环季铵盐的制备方法，其特征 在于所述步骤(1)中缩合反应所用的碱为碱金属或碱土金属碳酸盐。
7.根据权利要求5或6所述的超级电容器有机电解质氧杂螺环季铵盐的制备方法，其 特征在于所述缩合反应的反应时间为0. 1 M小时。
8.根据权利要求1 6之任一所述的超级电容器有机电解质氧杂螺环季铵盐的制备方 法，其特征在于所述环状二胺、氧杂二卤代烷及碱的摩尔比依次为1 1 2 1 4;所 述环状二胺、氧杂二醇双磺酸酯及碱的摩尔比依次为1 1 2 1 4。
9.根据权利要求8所述的超级电容器有机电解质氧杂螺环季铵盐的制备方法，其特征 在于所述离子交换反应所需的离子交换剂为氟硼酸的碱金属或碱土金属相应的盐或者六 氟磷酸的碱金属或碱土金属相应的盐。
10.根据权利要求9所述的超级电容器有机电解质氧杂螺环季铵盐的制备方法，其特 征在于所述步骤(3)中的纯化过程为在醇、酮、腈有机溶剂中，加入活性碳、分子筛进行重 结晶。
全文摘要
本发明公开了一种超级电容器有机电解质氧杂螺环季铵盐的制备方法，该方法通过如下过程得以实现以水为反应介质，将环状二胺与氧杂二卤代烷或氧杂二醇双磺酸酯在一定温度下，经过缩合反应，得到相应的螺环季铵盐；将此铵盐通过离子交换得到相应的螺环季铵盐；最后对其进行纯化得到目标产物。本发明选择性好，目标产物收率高，可使电解质中的杂质含量达到小于5ppm，可以满足超级电容器有机电解液的要求。
文档编号C07D498/10GK102070651SQ20101059471
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月18日 优先权日2010年12月18日
发明者曹亮, 李帝, 王道林, 金振兴 申请人:渤海大学