CN109545563A - 一种电容器用电解液 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电化学处理技术领域，具体涉及一种电容器用电解液，包括有机盐、有机溶剂、添加剂；其中，有机盐在电解液中的摩尔浓度为0.5~2.5mol/L；添加剂添加量为电解液的质量百分比0.75%~15%；有机盐为链式硼酸铵盐或环式硼酸铵盐，添加剂为SEI成膜添加剂或导电添加剂或阻燃添加剂或过充电保护添加剂。通过本发明的技术方案，获得的电解液具有宽的电化学窗口，高的电导率和长时间的循环寿命。
Description
技术领域
本发明属于电化学处理技术领域，具体涉及一种电容器用电解液。
背景技术
随着近年来双层电容器和超级电容器的快速发展，其应用前景越来越广泛。双层电容器的容量可达5000F，既可以用于各种电源器件和计算机，也可以用于大型能源设备，在太阳能发电和风能发电领域可以得到充分利用。而超级电容器是介于静电电容器与电池之间的特殊储能元件。目前，混合动力或纯电动汽车是汽车领域发展的大趋势，而超级电容器可以与蓄电池联合使用，为电动汽车的动力问题提供了最好的解决方案。超级电容器在军事领域也得到广泛使用，在各种军用设备和武器制造上具有非常大的应用价值。
而双电层电容或超级电容发挥其功能的关键之一是其使用的电解液。电解液决定了电容器的工作环境，电解液的物理化学性质、热力学性质和电化学性质直接决定着电容器的电化学性能和循环充放电寿命。常用的电容器电解液有有机系和水系电解液。目前研究表明，有机系电解液组装的超级电容器获得高的能量密度，宽的工作温度区间，高的导电性和电化学稳定性。因此，在实际应用过程中，如何更好地优化电解液***和提高有机系电解液的分解电压是研究方向。
发明内容
为了实现上述技术目的，本发明提供一种电解液。
本发明采用的技术方案是：
一种电容器用电解液，包括有机盐（A）、有机溶剂（B）、添加剂（C），其特征在于，所述有机盐（A）在所述电解液中的摩尔浓度为0.5~2.5mol/L；所述添加剂（C）添加量为所述电解液的质量百分比0.75%~15%。
进一步地，所述有机盐（A）为四氟硼酸四乙基铵盐、四氟硼酸三甲基一乙基铵盐、四氟硼酸四甲基铵盐、Ｎ,Ｎ-二甲基吡咯烷四氟硼酸盐、１-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、Ｎ-乙基-Ｎ-甲基吡咯烷四氟硼酸盐、Ｎ,Ｎ-二乙基吡咯烷四氟硼酸盐、四硼酸双螺环季铵盐中的一种或几种组合。
进一步地，所述有机溶剂（B）为碳酸酯类化合物（D）和/或烷基磺酸酯类化合物（E）。
进一步地，所述添加剂（C）为氟代环己醚、乙酰胺、氮杂-15-冠醚-5、氟代碳酸乙烯酯、二甲基溴化苯中的一种或几种组合。
本发明具有以下有益效果：本发明将有机盐作为电解质，配合特定的有机溶剂体系，多种有机盐和有机溶剂体系，增加了电化学窗口宽度，提升了电解液的电导率；另外添加各种功能添加剂，可以在电极表面形成性能优良的SEI膜，抑制溶剂分子的嵌入，有效地提高循环寿命，显著提高电导率。
具体实施方式
为了使本发明的目的、优点及实施方式显得更加清晰明了，现结合具体实施例对本发明作进一步的描述，应当理解，此处所描述的实施例仅仅是对本发明的解释说明，并不构成对本发明的限制。
一种电容器用电解液，包括有机盐（A）、有机溶剂（B）、添加剂（C），其特征在于，所述有机盐（A）在所述电解液中的摩尔浓度为0.5~2.5mol/L；所述添加剂（C）添加量为所述电解液的质量百分比0.75%~15%。
进一步地，所述有机盐（A）为四氟硼酸四乙基铵盐（A1）、四氟硼酸三甲基一乙基铵盐（A2）、四氟硼酸四甲基铵盐（A3）、Ｎ,Ｎ-二甲基吡咯烷四氟硼酸盐（A4）、１-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（A5）、Ｎ-乙基-Ｎ-甲基吡咯烷四氟硼酸盐（A6）、Ｎ,Ｎ-二乙基吡咯烷四氟硼酸盐（A7）、四硼酸双螺环季铵盐（A8）中的一种或几种组合。所述有机盐（A）为多种组合成分时，各组分的总添加比例为0.5~2.5mol/L。
进一步地，所述有机溶剂（B）为碳酸酯类化合物（D）和/或烷基磺酸类化合物（E）。所述有机溶剂（B）为多种组合成分添加时，各组分为等比例添加。
进一步地，所述碳酸酯类化合物（D）为碳酸乙烯酯（D1）、碳酸丙烯酯（D2）、碳酸亚乙烯酯（D3）、氟代碳酸乙烯酯（D4）中的至少一种，所述烷基磺酸酯类化合物（E）为1,3-丙烷磺酸内酯（E1）、1,4-丁基磺酸内酯（E2）中的至少一种。进一步地，所述有机溶剂（B）为多种组合成分添加时，各组分为等比例体积添加。
进一步地，所述添加剂（C）为氟代环己醚（C1）、乙酰胺（C2）、氮杂-15-冠醚-5（C3）、氟代碳酸乙烯酯（C4）、二甲基溴化苯（C5）中的一种或几种组合。进一步地，所述添加剂（C）为多种组合成分添加时，各组分的总添加比例为所述电解液的质量百分比0.75%~15%。
本发明以表格形式例举了1~19种有机质电解液的组分及含量，以及采用相应的电解液制备的超级电容器的比电容、内阻和千次循环充放电比电容衰减率。
本发明实施例所制备的超级电容器为双电层电容器，采用炭纳米管或石墨烯或活性炭纤维制作碳电极。
| 实施例 | 有机盐(mol/L) | 有机溶剂(wt%) | 添加剂(mol/L) | 电化学窗口(V) | 电导率(mS/cm) | 千次循环充放电比电容衰减率(%) |
| 1 | A1(1M) | D1+E1 | C1+C2+C4+C5(7.5%) | 2.65 | 14.54 | 8.91 |
| 2 | A2(1M) | D2+E1 | C1+C3+C4+C5(7.5%) | 2.78 | 13.98 | 8.78 |
| 3 | A3(1M) | D3+E2 | C1+C2+C4+C5(7.5%) | 2.94 | 14.28 | 8.95 |
| 4 | A4(1M) | D4+E1 | C1+C2+C4+C5(7.5%) | 3.45 | 14.38 | 8.56 |
| 5 | A5(1M) | D1+E2 | C1+C2+C4+C5(7.5%) | 3.89 | 15.98 | 8.49 |
| 6 | A6(1M) | D3+E2 | C1+C3+C4+C5(7.5%) | 4.57 | 15.61 | 8.39 |
| 7 | A7(1M) | D4+E2 | C1+C3+C4+C5(7.5%) | 4.23 | 15.83 | 8.56 |
| 8 | A8(1M) | D2+E2 | C1+C2+C4+C5(7.5%) | 4.82 | 16.10 | 8.36 |
| 9 | A1+A4(1.0M) | D1+E1 | C1+C2+C4+C5(10.0%) | 4.35 | 15.32 | 8.24 |
| 10 | A1+A8(1.0M) | D2+E1 | C1+C2+C4+C5(10.0%) | 4.52 | 15.46 | 8.16 |
| 11 | A2+A5(1.0M) | D1+E2 | C1+C2+C4+C5(10.0%) | 4.36 | 15.26 | 8.37 |
| 12 | A3+A6(1.0M) | D1+E1 | C1+C2+C4+C5(10.0%) | 4.28 | 14.98 | 8.41 |
| 13 | A1+A2+A3(1.5M) | D1+E2 | C1+C2+C4+C5(10.0%) | 4.26 | 15.73 | 8.36 |
| 14 | A2+A3+A4(1.5M) | D1+E2 | C1+C2+C4+C5(10.0%) | 4.17 | 15.43 | 9.06 |
| 15 | A4+A5+A6(2.0M) | D1+E2 | C1+C2(10.0%) | 4.36 | 15.49 | 8.06 |
| 16 | A5+A6+A7(1.5M) | D1+E2 | C1+C2+C4+C5(10.0%) | 4.33 | 15.87 | 8.02 |
| 17 | A6+A7+A8(1.5M) | D2+E1 | C1+C2+C4+C5(10.0%) | 4.78 | 15.29 | 7.68 |
| 18 | A4+A5+A6+A7(2.0M) | D2+E1 | C1+C2+C4+C5(10.0%) | 4.29 | 15.68 | 7.35 |
| 19 | A5+A6+A7+A8(2.0M) | D2+E2 | C1+C2(10.0%) | 4.86 | 16.02 | 7.86 |
由以上实施例可见，采用多种有机盐和有机溶剂体系，增加了电化学窗口宽度，提升了电解液的电导率；另外添加氟代环己醚或乙酰胺，可以在电极表面形成性能优良的SEI膜，抑制溶剂分子的嵌入，有效地提高循环寿命；添加乙酰胺或氮杂-15-冠醚-5等大分子可以避免配体共插，显著提高电导率。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制，任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种电容器用电解液，包括有机盐（A）、有机溶剂（B）、添加剂（C），其特征在于，所述有机盐（A）在所述电解液中的摩尔浓度为0.5~2.5mol/L；所述添加剂（C）添加量为所述电解液的质量百分比0.75%~15%。
2.根据权利要求1所述的电容器用电解液，其特征在于，所述有机盐（A）为四氟硼酸四乙基铵盐、四氟硼酸三甲基一乙基铵盐、四氟硼酸四甲基铵盐、Ｎ,Ｎ-二甲基吡咯烷四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、Ｎ-乙基-Ｎ-甲基吡咯烷四氟硼酸盐、Ｎ,Ｎ-二乙基吡咯烷四氟硼酸盐、四硼酸双螺环季铵盐中的一种或几种组合。
3.根据权利要求1所述的电容器用电解液，其特征在于，所述有机溶剂（B）为碳酸酯类化合物（D）和/或烷基磺酸酯类化合物（E）。
4.根据权利要求1所述的电容器用电解液，其特征在于，所述添加剂（C）为氟代环己醚、乙酰胺、氮杂-15-冠醚-5、氟代碳酸乙烯酯、二甲基溴化苯中的一种或几种组合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190329 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |