用于制造离子液体的工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于在不使用挥发性溶剂和/或水的情况下制造离子液体的方法。在 一些实施方式中，本发明的方法能够以连续工艺使用。
【背景技术】
[0002] 典型的离子液体是非挥发性的且不可燃的（不易燃的）。另外，它们具有宽的电化 学稳定性窗口和高的离子导电性。这些性质使得离子液体（例如，具有低于l〇〇°C的熔点的 盐）可用于各种各样的应用，包括作为电池、电容器和太阳能电池中的电解质。对于电化学 应用而言，需要非常高纯度的离子液体。
[0003] 用于制造离子液体的常规方法使用间歇工艺并且利用有机溶剂，为了使用离子液 体作为电解质，所述有机溶剂必须最后被除去。用于制造离子液体的典型方法涉及：用于产 生所需阳离子的季化（quaternization)步骤，之后为代入（替换）所需阴离子的复分解步 骤。在许多情况下，通过季化步骤产生的盐在室温下为固态，这使处理复杂化并且使得难以 利用连续工艺。
[0004] 由于连续工艺会大幅提高制造离子液体的效率，因此在开发连续离子液体制造工 艺方面存在强烈的兴趣。此外，如果在离子液体制造工艺中能够消除溶剂的使用，则通过消 除分离和/或处理溶剂的需要，其会进一步增强离子液体制造工艺和大幅降低总时间和成 本。
【发明内容】
[0005] 本发明的一些方面提供用于在不使用挥发性溶剂的情况下制造离子液体的工艺 (方法）。这样的工艺（方法）典型地包括：
[0006] 使式Q的化合物与式R1X的季化剂（quaternizing agent)在不存在挥发性溶剂 的情况下在足以产生下式的季盐的条件下反应：
[0007] [R1Q]+X
[0008] 使所述季盐与式HRf的酸形式的离子液体抗衡阴离子化合物在足以产生式 [R1Q]+Rf的所述离子液体和式HX的挥发性酸的条件下反应，
[0009] 其中
[0010] Q为胺、膦、或胂；
[0011] R1为季化用部分，使得[R1Q]+形成离子液体阳离子；
[0012] X为离去基团；
[0013] Rf为呙子液体阴呙子部分。
[0014] 在一些实施方式中，Q为在环体系中具有3-6个碳原子的胺杂环部分。在这些实 施方式内，在一些情况下Q选自：吡咯烷、咪唑、吡啶、和哌啶，其各自任选地被取代。
[0015] 在还另外的实施方式中，在制造所述离子液体的所述工艺期间未产生固体。
[0016] 在再另外的实施方式中，使所述式Q的化合物与所述式R1X的季化剂反应的所述 步骤的反应温度在约50°C -约200°C的范围中。
[0017] 在另外的实施方式中，所述工艺进一步包括将所述挥发性酸从所述离子液体分离 的步骤。
[0018] 在还再另外的实施方式中，所述工艺为连续工艺。
[0019] 在一种【具体实施方式】中，所述离子液体阴离子部分具有式[YS02]2N，其中各Y独 立地为F或氟烃。在一些情况下，各Y独立地为F或全氟烃。在还另外的情况下，各Y独立 地为F或三氟甲基。在一种具体情况下，离子液体阴离子为双（三氟甲基磺酰）亚胺（根） 或双（氟磺酰）亚胺（根）。
[0020] 在再还另外的实施方式中，使所述式Q的化合物与所述式R1X的季化剂反应的所 述步骤在非挥发性溶剂中进行。在一些情况下，所述非挥发性溶剂为离子液体溶剂。在一 些情况下，所述离子液体溶剂具有式[R1Q]+RF，其中R1、Q和R fS本文中定义的那些。
[0021] 本发明的另一方面提供用于制造式[R1Q1]+R 1f的离子液体的工艺。这样的工艺大 体上包括：
[0022] 使式Q1的含氮原子的杂环化合物与式R1X的季化剂在不存在挥发性溶剂的情况下 在足以产生下式的季盐的条件下反应：
[0023] [R1Q1]+X
[0024] 使所述季盐与式册\的氟化的酸形式的离子液体抗衡阴离子化合物在足以产生 所述式[R1Q]+R1f的离子液体和式HX的挥发性酸的条件下反应，
[0025] 其中
[0026] Q1为含氮原子的杂环；
[0027] R1为季化用部分，使得[R1Q1]+形成含氮原子的杂环离子液体阳离子；
[0028] X为离去基团；
[0029] R1f为氟化的离子液体阴离子部分。
[0030] 在一些实施方式中，所述含氮原子的杂环化合物在环体系中包括3-6个碳原子。 在一些情况下，所述含氮原子的杂环化合物选自：吡咯烷、咪唑、吡啶、和哌啶，其各自任选 地被取代。
[0031] 在还另外的实施方式中，所述离子液体阴离子部分具有式[YS02]2N，其中各Y独 立地为F或氟烃。在一些情况下，各Y独立地为F或全氟烃。在还另外的情况下，各Y独立 地为F为三氟甲基。在一种【具体实施方式】中，所述离子液体阴离子为双（三氟甲基磺酰） 亚胺或双（氟磺酰）亚胺。
[0032] 本发明的还另一方面提供具有不超过IOOppm重量的水、不超过IOOppm重量的卤 根和/或小于IOOppm重量的溶剂的离子液体。
[0033] 本发明的再另一方面提供用于制造式[R1Q1]+R 1f的盐的工艺。这样的工艺典型地 包括：
[0034] 使式Q1的含氮原子的杂环化合物与式R1X的季化剂在不存在挥发性溶剂的情况下 在足以产生下式的季盐的条件下反应：
[0035] [R1Q1]+X
[0036] 使所述季盐与式!11^的氟化的酸在足以产生所述式[R1Q] +R1f的盐和式HX的挥发 性酸的条件下反应，
[0037] 其中
[0038] Q1为含氮原子的杂环；
[0039] R1为季化用部分，使得[R1Q1]+形成含氮原子的杂环阳离子；
[0040] X为离去基团；和
[0041] R1f为氟化的阴离子。
[0042] 在一些实施方式中，所述氟化的阴离子具有式[YS02]2N，其中各Y独立地为F或全 氟化的烃基。
[0043] 在还另外的实施方式中，所述工艺为连续工艺。
[0044] 本发明的再另一方面提供用于制造式[R1Q1]+R 1f的离子液体的工艺。在本发明的 该方面中，所述工艺包括：
[0045] 使式Q1的含氮原子的杂环化合物与式R1X的季化剂在离子液体溶剂的存在下在足 以产生下式的季盐的条件下反应：
[0046] [R1Q1]+X
[0047] 使所述季盐与式册\的氟化的酸形式的离子液体抗衡阴离子化合物在所述离子 液体溶剂的存在下在足以产生所述式[R1Q]+R1f的离子液体和式HX的挥发性酸的条件下反 应，
[0048] 其中
[0049] Q1为含氮原子的杂环；
[0050] R1为季化用部分，使得[R1Q1]+形成含氮原子的杂环离子液体阳离子；
[0051] X为离去基团；
[0052] R1f为氟化的离子液体阴离子部分，
[0053] 和其中所述离子液体溶剂为所述式[R1Q1]+R 1f的离子液体。
[0054] 在一些实施方式中，将所述离子液体溶剂的至少一部分再循环。除非上下文另有 要求，如本文中使用的，术语"再循环"指的是