一种超级电容器电解质的水相合成方法
【专利摘要】一种超级电容器电解质的水相合成方法，包括如下步骤：将脱色脱金属阳离子后的碳酸单烷基酯的季铵盐水溶液与纯化后的高纯酸水溶液混合，混合后的溶液的pH值为6.5~7.5，得到超级电容器电解质水溶液，然后过滤后，在温度为70~150℃、真空度为-0.09~-0.097Mpa下进行真空干燥，即得所述的超级电容器电解质。本发明通过将碳酸单烷基酯的季铵盐脱色脱金属阳离子，将酸水溶液采用纯化剂纯化，使得水相合成方法无需采用有机溶剂结晶提纯，避免了高能耗工艺，不仅对环境友好，能耗低，制备方法简单，并且制备的季铵盐电解质收率高，杂质离子低，色度好，符合超级电容器用电解质品质要求。
【专利说明】一种超级电容器电解质的水相合成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料【技术领域】，具体涉及一种超级电容器电解质的水相合成方法。
【背景技术】
[0002]超级电容器是一种电化学元件，储能过程并不发生化学反应，且储能过程是可逆的，因此超级电容器反复充放电可以达到数十万次，且不会造成环境污染。另外，它具有非常高的功率密度，为二次电池的10~100倍，适用于短时间高功率输出，充电速度快、模式简单，可以采用大电流充电，能在几十秒到数分钟内完成充电过程，是真正意义上的快速充放电元件。
[0003]目前，超级电容器的电解液一般配合使用季铵盐类电解质。合成该类电解质常用的方法为:使用碳酸单烷基酯的季铵盐或者卤素季铵盐与其他含合适阴离子(如:四氟硼酸、双三氟甲基磺酰亚胺等)的盐复分解反应或者卤素交换生成可用于超级电容器的季铵盐类电解质粗品，再经过有机溶剂结晶后干燥得到成品。该类方法必须用溶剂结晶的原因是碳酸单烷基酯的季铵盐的色度较高，直接合成的成品色号不能满足电解质的要求，且原料中常常带有杂质离子，故需要结晶工艺来提纯。但是溶剂结晶工艺能耗较高，效率较低，所用有机溶剂通常易燃易爆，即不利于生产环境又会带来安全隐患。但是如何提高工艺效率，改善生产环境这一问题，在本领域中一直悬而未决。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种能耗低的超级电容器电解质的水相合成方法。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0006]一种超级电容器电解质的水相合成方法，包括如下步骤:
[0007](1)将碳酸单烷基酯的季铵盐溶解在水中，配制成季铵盐水溶液，然后将粉末状活性炭加入所述的季铵盐水溶液中，在20°C~80°C下搅拌脱色10~15小时，然后过滤得到色号合格的碳酸单烷基酯的季铵盐水溶液；
[0008](2)将步骤(I)得到的色号合格的碳酸单烷基酯的季铵盐水溶液稀释后通过混合离子树脂柱脱除金属阳离子，得到金属阳离子合格的碳酸单烷基酯的季铵盐水溶液；
[0009](3)将纯化剂与酸水溶液按质量比为0.01~0.1的比例混合后，通过80~120nm孔径的聚四氟乙烯膜过滤得到高纯酸水溶液；
[0010]其中，聚四氟乙烯膜的孔径过大，则得到的高纯酸水溶液的纯度达不到要求，如果孔径过小，则无法过滤；
[0011](4)将步骤(2)得到的金属阳离子合格的碳酸单烷基酯的季铵盐水溶液与步骤
(3)得到的高纯酸水溶液混合，混合后的溶液的pH值为6.5~7.5，得到超级电容器电解质水溶液；
[0012](5)将步骤(4)得到的超级电容器电解质水溶液过滤后，在温度为70~150°C、真空度为-0.09~-0.097Mpa下进行真空干燥，即得所述的超级电容器电解质；
[0013]其中，所述的碳酸单烷基酯的季铵盐中的阴离子的结构式为
【权利要求】
1.一种超级电容器电解质的水相合成方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)将碳酸单烷基酯的季铵盐溶解在水中，配制成季铵盐水溶液，然后将粉末状活性炭加入所述的季铵盐水溶液中，在20°c~80°C下搅拌脱色10~15小时，然后过滤得到色号合格的碳酸单烷基酯的季铵盐水溶液； (2)将步骤(1)得到的色号合格的碳酸单烷基酯的季铵盐水溶液稀释后通过混合离子树脂柱脱除金属阳离子，得到金属阳离子合格的碳酸单烷基酯的季铵盐水溶液； (3)将纯化剂与酸水溶液按质量比为0.01~0.1的比例混合后，通过80~120nm孔径的聚四氟乙烯膜过滤得到高纯酸水溶液； (4)将步骤(2)得到的金属阳离子合格的碳酸单烷基酯的季铵盐水溶液与步骤(3)得到的高纯酸水溶液混合，混合后的溶液的PH值为6.5~7.5，得到超级电容器电解质水溶液； (5)将步骤(4)得到的超级电容器电解质水溶液过滤后，在温度为70~150°C、真空度为-0.09~-0.097MPa下进行真空干燥，即得所述的超级电容器电解质；
其中，所述的碳酸单烷基酯的季铵盐中的阴离子的结构式为
2.根据权利要求1所述的水相合成方法，其特征在于:步骤(1)中所述的季铵盐水溶液的质量浓度为30%~80%。
3.根据权利要求1所述的水相合成方法，其特征在于:步骤(1)中所述的粉末状活性炭的质量为所述的季铵盐水溶液的质量的0.4%~15%。
4.根据权利要求1所述的水相合成方法，其特征在于:步骤(2)中所述的色号合格的碳酸单烷基酯的季铵盐水溶液稀释后的溶液浓度为0.5~2.5mol/L。
5.根据权利要求1所述的水相合成方法，其特征在于:所述的氢型阳离子树脂为KY2-8型阳离子树脂，所述的强碱性阴离子树脂为717型阴离子树脂。
6.根据权利要求1所述的水相合成方法，其特征在于:步骤(3)中所述的酸水溶液的质量浓度为30%~90%。
7.根据权利要求6所述的水相合成方法，其特征在于:步骤(3)中所述的酸水溶液的质量浓度为50%~80%。
8.根据权利要求1所述的水相合成方法，其特征在于:步骤(3)中所述的高纯酸水溶液的纯度为99.99%。
9.根据权利要求1所述的水相合成方法，其特征在于:步骤(5)中的温度为100~140℃。
【文档编号】C07C311/48GK103467309SQ201310464037
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】何永刚, 杨升, 卢建龙, 邹凯, 施苏萍 申请人:张家港市国泰华荣化工新材料有限公司