專利名稱：一種含Cu²⁺鹽的離子液體及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種含Q +的離子液體及其制備方法。
技術背景離子液體(Ionic Liquid)又稱室溫熔融鹽(Room Temperature Molten Salt),是在室溫或接近室溫的條件下完全由離子組成的有機 液體物質。它具有電導率高、電化學窗口寬、不揮發(fā)、不可燃、熱 穩(wěn)定性好等優(yōu)點。因此被廣泛應用于Li離子二次電池、太陽能電 池、電化學電容器等電子元件中。離子液體作為電化學電容器的電解液具有良好的發(fā)展前景，然 而，由于純離子液體在室溫條件下的粘度較大，流動性差，導致 電容器的電容量不高。如Hang SW的文章"Activated carbons and double layer capacitance" (Electrochimica Acta, 41(1996) 1633-1639) 介紹了以30%KOH作電解液，比表面積為875 m2/g的活性炭作電極 得到的比電容為94F/g。而A. Lewandowski等采用相近比表面積的 活性炭，以離子液體[EMIm]BF4作電解液得到的比電容僅為55 F/g (Solid State Ionics 161 (2003) 243-249)。
可見，離子液體做電解液 所得到的比電容遠小于水系電解液。于是，研究者通過降低離子液 體的粘度來達到提高比電容的目的。Tetsuo Mshida等采用添加有機 溶劑(乙腈、碳酸丙烯酯、Y-丁內酯)的辦法降低離子液體的粘度， 達到了提高電容量的目的，卻使電容器在使用過程中增加了易燃易 爆的危險系數(shù)(J. Fluorine Chem. 120 (2003) 135-141)。
A. Balducci 等發(fā)現(xiàn)通過提高^度也可以達到斷氏離子液體粘度、提高電容量的目 的，但這限制了電容器在室溫條件下工作的應用范圍(J. Power So調s 165 (2007) 922-927)。 發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種安全性能好，應用范圍廣并且能提供 較大電容的含Ci +鹽的離子液體及制備方法。
具體實施方式
本發(fā)明的含CW+鹽的離子液體是由Cl嚴鹽與離子液體按CU2+:離 子液體摩爾比為1:1-9組成。
如上所述的012+鹽包括硫酸銅(CuS04)、硝酸銅(Cu (N03)2)、 氯化銅(CuCl2)、乙酸銅(Cu (CH3COO)2)或草酸銅(C2Cu04)中 的一種或幾種。所述離子液體是選自l-乙基-3-甲基瞇唑四氟硼酸鹽([EMIm]BF4)、 l-乙基-3-甲基咪唑高氯酸鹽([EMIm]C104)、 l-乙基-3-甲基瞇唑乙酸鹽 ([EMIm]CH3COO)、 l-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸鹽([EMIm:iCF3C00)、 l-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMIm]BF4)或"丁基-3-甲基咪唑六 氟磷酸鹽([BMIm]PF6)中的一種或幾種。本發(fā)明的制備方法如下真空條件下將012+鹽以其在離子液體中溶解度的l一4倍量溶解 在離子液體中1 9天，過濾分離出離子液體。本發(fā)明的含C^+鹽的離子液體可以應用到炭納米管、炭氣凝膠、 活性炭、活性炭纖維、納米炭纖維以及幾種材料的混合物的電極材料 中。本發(fā)明的優(yōu)點為含C鹽的離子液體具有安全性能好、應用范圍廣、電容特性好、 電容量高、制備工藝簡單等優(yōu)點。
具體實施方式
實施例l將15 g金屬Cu溶于10 g [EMIm]BF4中，室溫下于真空中放置8 天，用沙慮漏斗分離出離子液體，C與[EMm]BF4的摩爾比達l:l。 采用活性炭做電極材料，進行恒流充放電實驗，即在25'C,上限 電壓2伏特、下限電壓0伏特、恒定電流2毫安的條件下，反復進 行充傲電，50個循環(huán)后，得到比電容為l卯F/g。不含金屬離子 的純離子液體[EMIm]BF4,測試其作為電容器電解液的比電容為118 F/g。實施例2將9 g CuS04溶于2 g [EMImaF3COO、 4 g [EMImPF4及4 g 0BMImClO4的混合電解液中，室溫下于真空中放置7天，用沙慮漏 斗分離出離子液體，D +與DEMIm]CT3COO的摩爾比達l:2。采用炭 氣凝膠做電極材料，進行恒流充放電實驗，即在25t:,上限電壓 2伏特、下限電壓0伏特、恒定電流2毫安的條件下，反復進行充/ 放電，50個循環(huán)后，得到比電容為138F/g。不含金屬離子的純離
子液體[EMIm]CF3COO，測試其作為電容器電解液的比電容為85 F/g。 實施例3將4 g Cu (N03)2與3.6 g CuCl2的混合物溶于10 g [EMIm]a04 中，室溫下于真空中放置6天，用沙慮漏斗分離出離子液體，Cu2+ 與[EMIm]CK)4的摩爾比達l:3。采用炭納米管做電極材料，進行恒 流充放電實驗，即在25-C,上限電壓2伏特、下限電壓0伏特、 恒定電流2毫安的條件下，反復進行充/放電，50個循環(huán)后，得到 比電容為130F/g。不含金屬離子的純離子液體[EMm]a04,測試 其作為電容器電解液的比電容為80F/g。 實施例4將3.8 g CuCl2溶于10 g [EMEm]CH3COO中，室溫下于真空中 放置5天，用沙慮漏斗分離出離子液體，a產(chǎn)與[BMlm]CH3C00的 摩爾比達1:4。采用活性炭纖維做電極材料，進行恒流充放電實驗， 即在25'C,上限電壓2伏特、下限電壓0伏特、恒定電流2毫安的 條件下，反復進行充/放電，50個循環(huán)后，得到比電容為152F/g。 不含金屬離子的純離子液體[EMm]CH3C00,測試其作為電容器電 解液的比電容為89F/g。 實施例S將5 g Cu (CH3COO)2溶于10 g pMm]BF4中，室溫下于真空中 放置4天，用沙慮漏斗分離出離子液體，Cu&與[BMIm]BF4的摩爾比 達1:5。采用納米炭纖維做電極材料，進行恒流充放電實驗，即在 上限電壓2伏特、下限電壓0伏特、恒定電流2毫安的條件 下，反復進行充/放電，50個循環(huán)后，得到比電容為123F/g。不 含金屬離子的純離子液體[BMImBF4,測試其作為電容器電解液的 比電容為卯F/g。 實施例6將16 g Cu溶于5 g [EMIm]BF4和5 g [BMIm]PF6的混合液中，室 溫下于真空中放置3天，用沙慮漏斗分離出離子液體，Ci產(chǎn)與 [BMlm]PF6/[EMIm]BF4混合液的摩爾比達1:6。采用活性炭做電極材 料，進行恒流充放電實驗，即在25'C,上限電壓2伏特、下限電 壓0伏特、恒定電流2毫安的條件下，反復進行充/放電，50個循 環(huán)后，得到比電容為129 F/g。 不含金屬離子的離子液體 [BMIm;iPF6/[EMIm]BF4, 測試其作為電容器電解液的比電容為93F/g。實施例7將7 g Cu與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，室溫下于真空中放置2天，用沙慮漏斗分 離出離子液體，Ci +與[EMImBF4/[BMlm〗BF4的摩爾比達l:7。采用 活性炭與活性炭纖維混合材料(質量比1:1)做電極，進行恒流充放 電實驗，即在25",上限電壓2伏特、下限電壓0伏特、恒定電 流2毫安的條件下，反復進行充/放電，50個循環(huán)后，得到比電容 為123 F/g。不含金屬離子的離子液體[EMIm]BF4/[BMIm]BF4,測 試其作為電容器電解液的比電容為118F/g。 實施例8將3.8 g Cu與L2 g CuS04的混合物溶于1 g [EMlm]BF4和9 g [EMIm]a04的混合液中，室溫下于真空中放置1.5天，用沙慮漏斗 分離出離子液體，Cu》與[EMIm]BF4/[EMIm]C104的摩爾比達1:8。采 用炭納米管和炭氣凝膠混合材料(質量比1:5)做電極，進行恒流充 放電實驗，即在25C上限電壓2伏特、下限電壓0伏特、恒定 電流2毫安的條件下，反復進行充/放電，50個循環(huán)后，得到比電 容為139 F/g。不含金屬離子的離子液體[EMIm]BF4/[EMIm]C104,測 試其作為電容器電解液的比電容為118F/g。 實施例9將6 g Cu與10 g CuCl2的混合物溶于9 g [BMIm]BF4和1 g [EMm]CF3COO的混合液中，室溫下于真空中放置1天，用沙慮漏 斗分離出離子液體，Cu2"^%[EMIm]BF4/[EMIm]CF3COO的摩爾比達 1:9。采用炭氣凝膠和納米炭纖維(質量比1:9)做電極，8(TC下進 行恒流充放電實驗，上限電壓2伏特、下限電壓0伏特、恒定電流2 毫安的條件下，反復進行充/放電，50個循環(huán)后，得到比電容為 訴F/g。含Cu2+的離子液體[BMIm]BF4/pMIm]CF3C00, 室溫下測 試其作為電容器電解液的比電容為70F/g。
權利要求
1、一種含Cu2+鹽的離子液體，其特征在于是由Cu2+鹽與離子液體按Cu2+∶離子液體摩爾比為1∶1-9組成。
2、 如權利要求1所述的一種含Cu"鹽的離子液體，其特征在于所 述的C鹽為硫酸銅、硝酸銅、氯化銅、乙酸銅或草酸銅中的一種或 幾種。
3、 如權利要求1所述的一種含012+鹽的離子液體，其特征在于所 述離子液體是l-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、l-乙基-3-甲基咪唑高 氯酸鹽、l-乙基-3-甲基咪唑乙酸鹽、l-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸鹽、 l-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽或l-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(中的 —種或幾種。
4、 如權利要求1一3任一項所述的一種含Cu》鹽的離子液體的制 備方法，其特征在于真空條件下將Ci +鹽以其在離子液體中溶解度的 1一4倍量溶解在離子液體中1 9天，過濾分離出離子液體。
全文摘要
一種含Cu²⁺鹽的離子液體是由Cu²⁺鹽與離子液體按Cu²⁺∶離子液體摩爾比為1∶1-9組成。是在真空條件下將Cu²⁺鹽以其在離子液體中溶解度的1-4倍量溶解在離子液體中1～9天，過濾分離出離子液體。本發(fā)明具有制備工藝簡單、電容量高以及大電流充放電時性能穩(wěn)定等優(yōu)點。
文檔編號H01G9/20GK101131887SQ20071006233
公開日2008年2月27日 申請日期2007年7月17日 優(yōu)先權日2007年7月17日
發(fā)明者孫國華, 李開喜 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所