一種超級電容器高電壓非水電解液的制作方法
【專利說明】-種超級電容器高電壓非水電解液
[技術領域]
[0001] 本發明涉及超級電容器的電解液，尤其涉及一種超級電容器高電壓非水電解液。
[【背景技術】]
[0002] 超級電容器（Supercapacitors)是一種介于傳統電容器和二次電池之間的電化 學儲能裝置。它是近年來發展起來的一種高能量電能存儲元件，具有高功率密度、高循環壽 命、可快速沖放電和節能、環保、高效等優點，被廣泛應用于智能電表（水表，燃氣表）、相機 閃光燈、混合動力汽車、電機調節器、傳感器、大型設備的后備電源、機動車輛的啟動裝置、 風力發電和太陽能發電系統等潔凈能源系統，因而廣泛受到關注。
[0003] 季胺鹽是超級電容器的最為常用的非水電解質，具有良好的綜合性能。目前商業 化的超級電容器主要采用活性炭作為電極材料，電解液采用四氟硼酸四乙基銨（Et4NBF4) 或四氟硼酸三乙基甲基銨（Et3MeNBF4)的碳酸丙烯酯（PC)或乙腈（AN)溶液，但是由于上 述兩類電解液的電化學穩定性不足，電容器的電壓上限僅為2. 5V (PC體系）或2. 7V (AN體 系），電容器的能量密度較低。與期望的電壓上限3. OV (AN體系）或2. 7V (PC體系），存在 較大差距。當電壓逐漸升高至3. OV及以上時，電極與電解質、電極與非水溶劑之間發生電 化學氧化還原反應，導致氣體產生，隨著工作時間的延長最終導致電容器內部遭受過大的 壓力使得電容器容量急劇衰減、內阻急劇增加、泄露或者破裂。因此，為提高高電壓3. OV及 以上電容器的高溫存儲性能及綜合性能，急需對工作時容量衰減、內阻增大、產氣的問題進 行改善。
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【發明內容】
]
[0004] 本發明要解決的技術問題是提供一種分解電壓高、存儲性能優良的非水電解液。
[0005] 為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是，一種超級電容器高電壓非水 電解液，由溶劑、螺環季胺鹽和高溫改善添加劑組成；其中，
[0006] 溶劑 100重量份；
[0007] 高溫改善添加劑 0· 005-5重量份；
[0008] 溶劑為碳酸酯、腈類溶劑和砜類溶劑中的至少一種，螺環季胺鹽在溶劑中的摩爾 濃度為 〇· 5-2. Omol/L。
[0009] 以上所述的超級電容器高電壓非水電解液，所述的溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯 酯、γ-丁內酯中、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、乙腈、丙 腈、甲氧基丙腈、Y- 丁內酯、Y-戊內酯、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、1-甲基-2-吡 咯烷酮、二甲氧基乙烷、2-甲氧基乙醚、四氫呋喃、二氧戊環、環丁砜或二甲基亞砜中的至少 一種。
[0010] 以上所述的超級電容器高電壓非水電解液，所述的螺環季胺鹽為四氟硼酸螺環季 銨鹽和/或雙（三氟甲基磺酰）亞胺螺環季銨鹽。
[0011] 螺環季銨鹽，特別是四氟硼酸螺環季銨鹽和雙（三氟甲基磺酰）亞胺螺環季銨鹽 的電解質是化學和電化學穩定的，與碳電極相容，具有低粘度和密度，在寬的溫度范圍內具 有高導電性，并可在較寬可用溫度范圍內提供高能量密度。
[0012] 以上所述的超級電容器高電壓非水電解液，所述的改善高溫存儲類添加為 1，2, 4-三氮唑、苯駢三氮唑、1，3, 5-三嗪、均三嗪、三聚氰胺、硼氫化物、硼氫化鋰和四丁基 硼氫化銨中的至少一種。
[0013] 本發明通過采用螺環季銨鹽和改善高溫存儲添加劑的使用，可以顯著提高電解液 耐氧化性，減少電極與電解液之間的電化學副反應，明顯改善超級電容器高電壓3. OV電解 液高溫存儲性能。
[【具體實施方式】]
[0014] 本發明的高電壓鋰離子電池的非水電解液，由溶劑、季胺鹽、高溫改善添加劑 和鋰電池電解液添加劑組成；其中，溶劑100重量份；高溫改善添加劑0. 005-5重量份； 溶劑為碳酸酯、腈類溶劑、砜類溶劑中的至少一種，螺環季胺鹽在溶劑中的摩爾濃度為 0.5-2. 0mol/L〇
[0015] 高溫改善添加劑三氮唑及其衍生物、三嗪及其衍生物可以部分除去超級電容器電 解液的游離酸減少其催化電解液的氧化分解，從而減少電解液與電極間的電化學反應，減 少氣體的產生。硼氫化物則可以除去電解液中的水分、從而減少電極與電解液之間的電化 學反應，減少氣體的產生。
[0016] 螺環季銨鹽，特別是四氟硼酸螺環季銨鹽和雙（三氟甲基磺酰）亞胺螺環季銨鹽 的電解質是化學和電化學穩定的，與碳電極相容，具有低粘度和密度，在寬的溫度范圍內具 有高導電性，并可在較寬可用溫度范圍內提供高能量密度。一種或兩種任意混合，在溶劑中 的摩爾濃度為〇· 5~2. 0mol/L〇
[0017] 溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁內酯中、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲 乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、乙腈、丙腈、甲氧基丙腈、Y-丁內酯、Y-戊內酯、Ν，Ν-二甲基 甲酰胺、二甲基乙酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲氧基乙烷、2-甲氧基乙醚、四氫呋喃、二 氧戊環、環丁砜或二甲基亞砜中的一種或兩種以上的混合物。
[0018] 改善高溫存儲類添加為三氮唑及其衍生物、1，2, 4-三氮唑、苯駢三氮唑、三嗪及其 衍生物、1，3, 5-三嗪、三聚氰胺、硼氫化物、硼氫化鋰、四丁基硼氫化銨等中的至少一種。
[0019] 實施例1
[0020] 在手套箱中，將一定質量的甲基三乙基四氟硼酸銨溶解在質子惰性溶劑100重量 份的乙腈中，形成濃度為0. 5mol/L的溶液，再加入0. 05重量份的四丁基硼氫化銨，形成均 勻的混合液體，從而得到可用于超級電容器的目標有機電解液。
[0021] 實施例1、2、3、4和對比例1、2中溶劑、季胺鹽、添加劑的加入量按照下表所示。
[0022] 表1 :實施例1-4和對比1的組分含量表
[0023]
【主權項】
1. 一種超級電容器高電壓非水電解液，由溶劑、螺環季胺鹽和高溫改善添加劑組成； 其中， 溶劑 100重量份； 高溫改善添加劑 0. 005-5重量份； 溶劑為碳酸酯、腈類溶劑和砜類溶劑中的至少一種，螺環季胺鹽在溶劑中的摩爾濃度 為 0?5-2.Omol/L。
2. 根據權利要求1所述的超級電容器高電壓非水電解液，其特征在于，所述的溶劑為 碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、y-丁內酯中、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙 酯、碳酸乙丙酯、乙腈、丙腈、甲氧基丙腈、Y-丁內酯、Y-戊內酯、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基 乙酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲氧基乙烷、2-甲氧基乙醚、四氫呋喃、二氧戊環、環丁砜 或二甲基亞砜中的至少一種。
3. 根據權利要求1所述的超級電容器高電壓非水電解液，所述的螺環季胺鹽為四氟硼 酸螺環季銨鹽和/或雙（三氟甲基磺酰）亞胺螺環季銨鹽。
4. 根據權利要求1所述的超級電容器高電壓非水電解液，所述的改善高溫存儲類添加 為1，2, 4-三氮唑、苯駢三氮唑、1，3, 5-三嗪、均三嗪、三聚氰胺、硼氫化鋰和四丁基硼氫化 銨中的至少一種。
【專利摘要】本發明公開了一種超級電容器高電壓非水電解液，由溶劑、螺環季胺鹽和高溫改善添加劑組成；其中，溶劑100重量份；高溫改善添加劑0.005-5重量份；溶劑為碳酸酯、腈類溶劑、砜類溶劑中的至少一種，螺環季胺鹽在溶劑中的摩爾濃度為0.5-2.0mol/L。本發明通過在高電壓超級電容器電解液中加入高溫改善添加劑，電解液游離酸含量顯著降低，能在較高的工作電壓(3.0V以上)下使用，高溫存儲條件下容量衰減少，內阻上升率相對較小，使得超級電容器具有高的功率密度、能量密度和非常好的高溫存儲性能。
【IPC分類】H01G11-64, H01G11-62
【公開號】CN104779075
【申請號】CN201510136901
【發明人】王霹霹, 陳性寶, 高學友, 戴曉兵
【申請人】珠海市賽緯電子材料有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月26日