一種低溫型超級電容器電解液的製作方法
2023-06-17 05:40:11
專利名稱：一種低溫型超級電容器電解液的製作方法
技術領域：
在本發明涉及超級電容器電解液，具體地說是一種低溫型超級電容器電解液，屬於精細化學品技術領域。
背景技術：
在超級電容器是一種介於常規電容器和蓄電池之間的新型儲能設備及器件，它具有比常規電容器更大的比能量，比蓄電池更大的比功率和循環使用壽命，兼具有環境適應性強、無記憶效應、免維護、對環境無汙染等優點。伴隨著全球能源的日益枯竭和生態環境的日益惡化，超級電容器自面世以來全球需求快速增長，已成為化學電源領域新的產業亮點，在汽車(特別是電動汽車、混合燃料汽車和特殊載重車輛)、電力、鐵路、通訊、國防、消費性電子產品等方面有著巨大的應用價值和市場潛力。目前超級電容器耐低溫在-40°C以上，對於某些特殊場合的用途，如軍工、航天等領域的應用則受到限制。主要原因之一就是超級電容在低溫下的性能不佳，因此拓寬工作溫度範圍已成為超級電容器亟待解決的問題。由電解液入手來改善溫度性能是可行的技術途徑之一，這是因為超級電容器電解液的性能及其與正負極形成的界面狀況很大程度上影響超級電容器的溫度性能。目前超級電容器所使用的電解液包括水系和有機系兩種。水系電解液通常使用硫酸或者KOH等鹼性溶液，單元工作電壓只有IV左右，且有較強的腐蝕性，目前應用較少。有機系電解液主要使用TEABF4/AN或TEABF4/PC電解液，單元工作電壓可達2. 7V。AN基電解液由於AN的毒性和揮發性，其應用越來越受到限制。PC基電解液PC溶劑毒性較小，但在低溫下對於TEABF4的溶解度極低，這就制約了低溫下提高超級電容器能量密度的空間。因此，尋找低溫下具有較好性能的電解液是超級電容器領域研究工作者的努力方向。
發明內容
針對目前市場上對耐低溫超級電容器的需要，本發明提供一種超級電容器的電解液，通過在電解液的主體溶劑為非水有機溶劑為質子惰性的乙腈或丙烯碳酸酯中添加低熔點溶劑，使得超級電容器的電解液能夠在低溫下具有較好的離子導通性，從而使超級電容器能夠在低溫下工作。本發明電解液中的電解質鹽陽離子為烷基季銨鹽離子或烷基季磷鹽離子中任何一種或幾種的組合陰離子為四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子、高氯酸根離子或三氟甲基磺酸根離子中的任何一種或幾種的組合。本發明的主體溶劑為非水有機溶劑為質子惰性的乙腈、丙烯碳酸酯中的一種，添加溶劑為低熔點的丙腈、碳酸甲乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、甲酸甲酯、丙酸甲酯和丙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯等中的一種或幾種。在低溫下工作的電解液適宜濃度為0. 4-lmol/l，最高不超過1. 5mol/l，最適宜濃度為 0. 5-0. 8mol/l。
發明內容
針對目前市場上對耐低溫超級電容器的需要，本發明提供一種超級電容器的電解液，通過在電解液的主體溶劑為非水有機溶劑為質子惰性的乙腈或丙烯碳酸酯中添加低熔點溶劑，使得超級電容器的電解液能夠在低溫下具有較好的離子導通性，從而使超級電容器能夠在低溫下工作。本發明電解液中的電解質鹽陽離子為烷基季銨鹽離子或烷基季磷鹽離子中任何一種或幾種的組合陰離子為四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子、高氯酸根離子或三氟甲基磺酸根離子中的任何一種或幾種的組合。本發明的主體溶劑為非水有機溶劑為質子惰性的乙腈、丙烯碳酸酯中的一種，添加溶劑為低熔點的丙腈、碳酸甲乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、甲酸甲酯、丙酸甲酯和丙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯等中的一種或幾種。在低溫下工作的電解液適宜濃度為0. 4-lmol/l，最高不超過1. 5mol/l，最適宜濃度為 0. 5-0. 8mol/l。
具體實施例方式下面結合實施對本發明做進一步描述，本發明的實施包括但不限於下例實施方式。實施例1
以四氟硼酸烷基季銨/乙腈溶液為空白電解液；在空白電解液中添加乙酸乙酯低熔點添加劑，得本發明的超級電容器電解液。本實施例中1 mol/L的空白電解液和以1 mol/L的空白電解液配製的含質量百分數分別為0. 05%,0. 1%、0. 15%、0. 2%、0. 25%低熔點添加劑的超級電容器電解液在-30°C時電導率如下表1所列
表1
添加量0%0. 05%0. 1%0. 15%0. 2%0. 25%電導率ms. cm21516.216. 517.517. 918.5
實施例2
以四氟硼酸烷基季銨/乙腈溶液為空白電解液；在空白電解液中添加碳酸甲乙酯低熔點添加劑，得本發明的超級電容器電解液。 本實施例中1 mol/L的空白電解液和以1 mol/L的空白電解液配製的含質量百分數分別為0. 05%,0. 1%、0. 15%、0. 2%、0. 25%低熔點添加劑的超級電容器電解液在-30°C時電導率如下表2所列 表2
添加量0%0. 05%0. 1%0. 15%0. 2%0. 25%電導率ms. cm21516.316. 817.717. 918.9
實施例3
以四氟硼酸烷基季銨/乙腈溶液為空白電解液；在空白電解液中添加乙酸甲酯低熔點添加劑，得本發明的超級電容器電解液。 本實施例中1 mol/L的空白電解液和以1 mol/L的空白電解液配製的含質量百分數分別為0. 05%,0. 1%、0. 15%、0. 2%、0. 25%低熔點添加劑的超級電容器電解液在-30°C時電導率如下表3所列 表權利要求
1.一種超級電容器電解液，它包括電解質鹽及溶劑，其特徵在於通過添加低熔點溶劑並調整電解液的濃度，使其在低溫下具有較好的離子導通性，從而使超級電容器能夠在低溫下工作。
2.根據權利要求1中所述的超級電容器電解液的電解質鹽陽離子為烷基季銨鹽離子或烷基季磷鹽離子中任何一種或幾種的組合陰離子為四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子、 高氯酸根離子或三氟甲基磺酸根離子中的任何一種或幾種的組合。
3.根據權利要求1中所述的超級電容器電解液的主體溶劑為非水有機溶劑為質子惰性的乙腈、丙烯碳酸酯中的一種，添加溶劑為低熔點的丙腈、碳酸甲乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、甲酸甲酯、丙酸甲酯和丙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯等中的一種或幾種。
4.根據權利要求1中所述的超級電容器電解液適宜濃度為0.4-lmol/l，最高不超過 1. 5mol/l，最適宜濃度為 0. 5-0. 8mol/l。
全文摘要
一種超級電容器的電解液，通過在電解液的主體溶劑為非水有機溶劑為質子惰性的乙腈或丙烯碳酸酯中添加低熔點溶劑，使得超級電容器的電解液能夠在低溫下具有較好的離子導通性，從而使超級電容器能夠在低溫下工作。
文檔編號H01G9/035GK102254691SQ20111012325
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月13日 優先權日2011年5月13日
發明者劉繼波, 張耀偉, 章小康, 黃浩宇 申請人:湖南耐普恩電能科技有限公司