專利名稱：一種電解質鹽的制備方法及該鹽的電解液和電化學元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及電解質鹽技術領域，具體地說，是一種電解質鹽的制備方法及使用電解質鹽的電解液和電化學元件。
背景技術：
電化學元件是一種將電化學能儲存到元件內部的裝置，具體而言，是指將元件內部儲存的化學能轉化為電能輸出到外部的電池、將元件內部儲存的靜電能轉化為電能輸出到外部的電容器、以及染料敏化太陽能電池等。雙電層電容器(簡稱EDLCs = Electric Double Layer Capacitors)是利用電 解質離子在電極表面上物理吸附形成“雙電層”的基本原理進行“電能儲存”的一種“儲能”裝置。EDLCs與二次電池的不同之處在于充電和放電時均不伴隨化學反應的發生，具有能“急速充電”和“瞬時大功率放電”的基本特點，這些特點，使得它在很多應用領域發揮二次電池無法達到的重要作用。例如，在代替燃油發動機作為機動車動力電源使用時，可以達到“剎車及一般行駛時充電，啟動和加速時急速大功率放電”的特殊高性能。這不僅可以有效地回收“能量”，實現“節能”的目的，同時，也可以是機動車達到快啟動、快加速的理想運行效果，而這正是二次電池無法達到的#(# 二次電池充放電時伴有氧化還原反應發生，由于受化學反應速率的限制，無法實現急速充電和瞬時大功率放電，否則極易造成電極損壞，電解液分解等無法恢復的嚴重后果)。因此，EDLCs在開發大容量高功率電源上具有巨大的應用潛力，被認為是將來用于汽車、鐵路及軌道交通車輛、輪船、飛機、航天器等的“理想輔助動力電源”。此外，EDLCs還具有充放電時不伴隨化學反應發生，劣化小壽命長；不使用金屬化合物電極材料，無重金屬環境污染；原料成本低，電路設計簡單，造價低等特點，是當前公認的節能環保型“綠色電源”。這些特點使得EDLCs在與太陽光發電、風力發電配套以及“無停電電源”開發等方面可發揮巨大作用。在節能環保日益成為主題的今天，EDLCs的研究與開發越來越受到世界各國政府與企業的高度關注。在雙電層電容器的研究中，雙電層電容器的功率密度和能量密度按下式計算W = CV2/2 ；P = V2/4R ；式中W為能量密度；P為功率密度；C為電容；V為端極電壓；R為內部電阻。從上式中可以看出，超級電容器所存儲的能量正比于端極電壓的平方，因此，提高所施加的電壓可以大幅度增加超級電容器的能量密度。然而，在高電壓條件下，電解質溶液易分解，引起內阻急劇增大且也容量迅速降低。因此電解質的分解電壓一直是限制其比功率和比能量的關鍵因素之一，與水基電解液相比，有機電解液有著較高的分解電壓。而且因其無腐蝕防護問題而易于封裝，可用鋁材料作為集電體和封裝材料，顯著降低了材料成本。季銨鹽作為超級電容器的非水電解質，可用作能量儲藏裝置的化學電池或高能量電容器的支持電解質。迄今為止，作為季銨離子，包括脂肪族季銨離子(CN :1503778)和芳香族季銨離子(CN :1361716和CN :1524853)己被廣泛研究并應用于超級電容器(US :5086374 JP 2004-146592)。但仍然存在離子電導率低、內阻大、耐電壓性低(< 3. 0V)、成本較高等問題，因此開發工作電壓高(> 3. 0V)、離子電導率高和內阻小的低成本有機電解液成為目前提高超級電容器的能量密度和功率密度，以及實現在能源領域和電動汽車動力系統的廣泛商業化應用的有效途徑。式(I)所示的電解質鹽作為一類新的化合物，在專利文獻(CN101606211A,電解質、使用該電解質的電解液和電化學元件)中敘述了含有該類電解質鹽的超級電容器有機電解液。該電解液可以滿足超級電容器的電化學和化學穩定性的要求，長期可靠性優良、耐電壓高(電位窗寬)，提供較高的容量，提高能量密度和功率密度。

發明內容本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種電解質鹽的制備方法及使用電解質鹽的電解液和電化學元件。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種電解質鹽的制備方法，電解質鹽的結構式為式I，
權利要求
1.一種電解質鹽的制備方法，其結構式為式I，
2.根據權利要求I所述的電解質鹽的制備方法，其特征在于所述季銨化反應所需的季按化試劑為齒代燒、碳酸燒基酷、硫酸燒基酷。
3.根據權利要求2所述的電解質鹽的制備方法，其特征在于所述季銨化反應所需的季銨化試劑為碳酸烷基酯。
4.根據權利要求3所述的電解質鹽的制備方法，其特征在于所述季銨化反應所需的季銨化試劑為碳酸二甲酯。
5.根據權利要求I所述的電解質鹽的制備方法，其特征在于所述原料多環式叔胺是式(III)所示的環狀胺的醇類化合物在固體酸催化劑存在、反應溫度在所述環狀胺的醇類化合物的汽化溫度以上的條件下，氣相脫水所制得；
6.根據權利要求5所述的電解質鹽的制備方法，其特征在于所述固體酸催化劑為Al2O3、分子篩中的一種或兩種組成，或由改性劑改性的Al2O3、分子篩中的一種或兩種組成； 所述Al2O3選自Y-Al2O3 ;所述分子篩選自堿離子型、銨離子型、質子型分子篩中的一種或一種以上；所述改性劑由元素周期表中I 17族元素的含氧酸、氧化物、鹵化物、硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、硫化物、硅酸鹽、鈦酸鹽、硼酸鹽、碳酸鹽、草酸鹽中的一種、兩種或兩種以上組成。
7.根據權利要求5所述的電解質鹽的制備方法，其特征在于所述反應溫度為300 500。。。
8.根據權利要求I 7任一項所述的電解質鹽的制備方法，其特征在于所述環狀胺的醇類化合物為式(IV)所示的環狀胺的醇類化合物，或式(V)所示的環狀胺的醇類化合物
9.根據權利要求5所述的電解質鹽的制備方法，其特征在于所述環狀胺的醇類化合物供給的空間速度通常為O. I 10g/mL催化劑· h。
10.根據權利要求5所述的電解質鹽的制備方法，其特征在于所述反應在惰性氣體存在下進行或在減壓下進行；在使用惰性氣體的情況下，環狀胺的醇類化合物與惰性氣體的摩爾比為I : I 10 ;在減壓的情況下，體系壓力應小于環狀胺的醇類化合物在反應溫度下的飽和蒸汽壓。
11.一種電解液，其特征在于所述的電解液由電解質鹽和非水溶劑組成。
12.根據權利要求11所述的電解液，其特征在于所述非水溶劑為選自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、環丁砜、3-甲基環丁砜、乙腈、Y-丁內酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、二甲苯、氯苯、I，2- 二氯苯、I, 3- 二氯苯、1,4- 二氯苯中的至少一種。
13.—種電化學元件，其特征在于所述的電化學元件使用權利要求11中的的電解液。
全文摘要
本發明涉及一種電解質鹽的制備方法及使用該電解質鹽的電解液和電化學元件，以多環式叔胺為原料，經季銨化反應制得電解質鹽；電解液由電解質鹽和非水溶劑組成；電化學元件使用上述的電解液。本發明制備的電解質鹽的超級電容器有機電解液，可以滿足超級電容器的電化學和化學穩定性的要求；從一系列的多環式叔胺的出發，經過簡單的季銨化反應，制備出一系列高純度的電解質鹽，工藝成本低，目標產物收率高；設備投資少，操作容易，產率高、后處理簡單、適合規?；a。
文檔編號H01G9/155GK102789903SQ20121000290
公開日2012年11月21日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者關士友, 張慧辰, 林芳芹, 王麗俠, 趙震 申請人:華東理工大學