一种含Cu²⁺盐的离子液体及其制备方法

专利名称：一种含Cu²⁺盐的离子液体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种含Q +的离子液体及其制备方法。
技术背景离子液体(Ionic Liquid)又称室温熔融盐(Room Temperature Molten Salt),是在室温或接近室温的条件下完全由离子组成的有机 液体物质。它具有电导率高、电化学窗口宽、不挥发、不可燃、热 稳定性好等优点。因此被广泛应用于Li离子二次电池、太阳能电 池、电化学电容器等电子元件中。离子液体作为电化学电容器的电解液具有良好的发展前景，然 而，由于纯离子液体在室温条件下的粘度较大，流动性差，导致 电容器的电容量不高。如Hang SW的文章"Activated carbons and double layer capacitance" (Electrochimica Acta, 41(1996) 1633-1639) 介绍了以30%KOH作电解液，比表面积为875 m2/g的活性炭作电极 得到的比电容为94F/g。而A. Lewandowski等采用相近比表面积的 活性炭，以离子液体[EMIm]BF4作电解液得到的比电容仅为55 F/g (Solid State Ionics 161 (2003) 243-249)。
可见，离子液体做电解液 所得到的比电容远小于水系电解液。于是，研究者通过降低离子液 体的粘度来达到提高比电容的目的。Tetsuo Mshida等采用添加有机 溶剂(乙腈、碳酸丙烯酯、Y-丁内酯)的办法降低离子液体的粘度， 达到了提高电容量的目的，却使电容器在使用过程中增加了易燃易 爆的危险系数(J. Fluorine Chem. 120 (2003) 135-141)。
A. Balducci 等发现通过提高^度也可以达到斷氏离子液体粘度、提高电容量的目 的，但这限制了电容器在室温条件下工作的应用范围(J. Power So調s 165 (2007) 922-927)。 发明目的本发明的目的是提供一种安全性能好，应用范围广并且能提供 较大电容的含Ci +盐的离子液体及制备方法。
具体实施方式
本发明的含CW+盐的离子液体是由Cl严盐与离子液体按CU2+:离 子液体摩尔比为1:1-9组成。
如上所述的012+盐包括硫酸铜(CuS04)、硝酸铜(Cu (N03)2)、 氯化铜(CuCl2)、乙酸铜(Cu (CH3COO)2)或草酸铜(C2Cu04)中 的一种或几种。所述离子液体是选自l-乙基-3-甲基眯唑四氟硼酸盐([EMIm]BF4)、 l-乙基-3-甲基咪唑高氯酸盐([EMIm]C104)、 l-乙基-3-甲基眯唑乙酸盐 ([EMIm]CH3COO)、 l-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐([EMIm:iCF3C00)、 l-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIm]BF4)或"丁基-3-甲基咪唑六 氟磷酸盐([BMIm]PF6)中的一种或几种。本发明的制备方法如下真空条件下将012+盐以其在离子液体中溶解度的l一4倍量溶解 在离子液体中1 9天，过滤分离出离子液体。本发明的含C^+盐的离子液体可以应用到炭纳米管、炭气凝胶、 活性炭、活性炭纤维、纳米炭纤维以及几种材料的混合物的电极材料 中。本发明的优点为含C盐的离子液体具有安全性能好、应用范围广、电容特性好、 电容量高、制备工艺简单等优点。
具体实施方式
实施例l将15 g金属Cu溶于10 g [EMIm]BF4中，室温下于真空中放置8 天，用沙虑漏斗分离出离子液体，C与[EMm]BF4的摩尔比达l:l。 采用活性炭做电极材料，进行恒流充放电实验，即在25'C,上限 电压2伏特、下限电压0伏特、恒定电流2毫安的条件下，反复进 行充傲电，50个循环后，得到比电容为l卯F/g。不含金属离子 的纯离子液体[EMIm]BF4,测试其作为电容器电解液的比电容为118 F/g。实施例2将9 g CuS04溶于2 g [EMImaF3COO、 4 g [EMImPF4及4 g 0BMImClO4的混合电解液中，室温下于真空中放置7天，用沙虑漏 斗分离出离子液体，D +与DEMIm]CT3COO的摩尔比达l:2。采用炭 气凝胶做电极材料，进行恒流充放电实验，即在25t:,上限电压 2伏特、下限电压0伏特、恒定电流2毫安的条件下，反复进行充/ 放电，50个循环后，得到比电容为138F/g。不含金属离子的纯离
子液体[EMIm]CF3COO，测试其作为电容器电解液的比电容为85 F/g。 实施例3将4 g Cu (N03)2与3.6 g CuCl2的混合物溶于10 g [EMIm]a04 中，室温下于真空中放置6天，用沙虑漏斗分离出离子液体，Cu2+ 与[EMIm]CK)4的摩尔比达l:3。采用炭纳米管做电极材料，进行恒 流充放电实验，即在25-C,上限电压2伏特、下限电压0伏特、 恒定电流2毫安的条件下，反复进行充/放电，50个循环后，得到 比电容为130F/g。不含金属离子的纯离子液体[EMm]a04,测试 其作为电容器电解液的比电容为80F/g。 实施例4将3.8 g CuCl2溶于10 g [EMEm]CH3COO中，室温下于真空中 放置5天，用沙虑漏斗分离出离子液体，a产与[BMlm]CH3C00的 摩尔比达1:4。采用活性炭纤维做电极材料，进行恒流充放电实验， 即在25'C,上限电压2伏特、下限电压0伏特、恒定电流2毫安的 条件下，反复进行充/放电，50个循环后，得到比电容为152F/g。 不含金属离子的纯离子液体[EMm]CH3C00,测试其作为电容器电 解液的比电容为89F/g。 实施例S将5 g Cu (CH3COO)2溶于10 g pMm]BF4中，室温下于真空中 放置4天，用沙虑漏斗分离出离子液体，Cu&与[BMIm]BF4的摩尔比 达1:5。采用纳米炭纤维做电极材料，进行恒流充放电实验，即在 上限电压2伏特、下限电压0伏特、恒定电流2毫安的条件 下，反复进行充/放电，50个循环后，得到比电容为123F/g。不 含金属离子的纯离子液体[BMImBF4,测试其作为电容器电解液的 比电容为卯F/g。 实施例6将16 g Cu溶于5 g [EMIm]BF4和5 g [BMIm]PF6的混合液中，室 温下于真空中放置3天，用沙虑漏斗分离出离子液体，Ci产与 [BMlm]PF6/[EMIm]BF4混合液的摩尔比达1:6。采用活性炭做电极材 料，进行恒流充放电实验，即在25'C,上限电压2伏特、下限电 压0伏特、恒定电流2毫安的条件下，反复进行充/放电，50个循 环后，得到比电容为129 F/g。 不含金属离子的离子液体 [BMIm;iPF6/[EMIm]BF4, 测试其作为电容器电解液的比电容为93F/g。实施例7将7 g Cu与6 g C2(M)4的混合物溶于2 g [EMIm]BF4和8 g [BMIm]BF4的混合液中，室温下于真空中放置2天，用沙虑漏斗分 离出离子液体，Ci +与[EMImBF4/[BMlm〗BF4的摩尔比达l:7。采用 活性炭与活性炭纤维混合材料(质量比1:1)做电极，进行恒流充放 电实验，即在25",上限电压2伏特、下限电压0伏特、恒定电 流2毫安的条件下，反复进行充/放电，50个循环后，得到比电容 为123 F/g。不含金属离子的离子液体[EMIm]BF4/[BMIm]BF4,测 试其作为电容器电解液的比电容为118F/g。 实施例8将3.8 g Cu与L2 g CuS04的混合物溶于1 g [EMlm]BF4和9 g [EMIm]a04的混合液中，室温下于真空中放置1.5天，用沙虑漏斗 分离出离子液体，Cu》与[EMIm]BF4/[EMIm]C104的摩尔比达1:8。采 用炭纳米管和炭气凝胶混合材料(质量比1:5)做电极，进行恒流充 放电实验，即在25C上限电压2伏特、下限电压0伏特、恒定 电流2毫安的条件下，反复进行充/放电，50个循环后，得到比电 容为139 F/g。不含金属离子的离子液体[EMIm]BF4/[EMIm]C104,测 试其作为电容器电解液的比电容为118F/g。 实施例9将6 g Cu与10 g CuCl2的混合物溶于9 g [BMIm]BF4和1 g [EMm]CF3COO的混合液中，室温下于真空中放置1天，用沙虑漏 斗分离出离子液体，Cu2"^%[EMIm]BF4/[EMIm]CF3COO的摩尔比达 1:9。采用炭气凝胶和纳米炭纤维(质量比1:9)做电极，8(TC下进 行恒流充放电实验，上限电压2伏特、下限电压0伏特、恒定电流2 毫安的条件下，反复进行充/放电，50个循环后，得到比电容为 诉F/g。含Cu2+的离子液体[BMIm]BF4/pMIm]CF3C00, 室温下测 试其作为电容器电解液的比电容为70F/g。
权利要求
1、一种含Cu2+盐的离子液体，其特征在于是由Cu2+盐与离子液体按Cu2+∶离子液体摩尔比为1∶1-9组成。
2、 如权利要求1所述的一种含Cu"盐的离子液体，其特征在于所 述的C盐为硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、乙酸铜或草酸铜中的一种或 几种。
3、 如权利要求1所述的一种含012+盐的离子液体，其特征在于所 述离子液体是l-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、l-乙基-3-甲基咪唑高 氯酸盐、l-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐、l-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐、 l-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或l-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(中的 —种或几种。
4、 如权利要求1一3任一项所述的一种含Cu》盐的离子液体的制 备方法，其特征在于真空条件下将Ci +盐以其在离子液体中溶解度的 1一4倍量溶解在离子液体中1 9天，过滤分离出离子液体。
全文摘要
一种含Cu²⁺盐的离子液体是由Cu²⁺盐与离子液体按Cu²⁺∶离子液体摩尔比为1∶1-9组成。是在真空条件下将Cu²⁺盐以其在离子液体中溶解度的1-4倍量溶解在离子液体中1～9天，过滤分离出离子液体。本发明具有制备工艺简单、电容量高以及大电流充放电时性能稳定等优点。
文档编号H01G9/20GK101131887SQ20071006233
公开日2008年2月27日 申请日期2007年7月17日 优先权日2007年7月17日
发明者孙国华, 李开喜 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所