混合型超级钽电容器用高压电解质及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种混合型超级钽电容器用高压电解质及其制备方法，该电解质的原料按质量百分比计算，包括极性有机大分子物质、质子惰性溶剂、咪唑盐、过渡族金属的硫酸盐、浓硫酸、去离子水。本发明电解质有效改善氧化钌电极的表面形态，减小电极内阻，提高氧化钌的附着强度，最终使得电容器原容量提高，ESR降低。
【专利说明】混合型超级钽电容器用高压电解质及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化工领域，尤其涉及一种混合型超级钽电容器用高压电解质及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着高科技产品的发展和应用，便携式化学电源作为提供电能源的重要方式，一直是各国研究的重点。目前常用的化学电源有一次电池、二次电池、燃料电池等。然而近二十年来，一种新型的化学电源:超级电容器弓I起了人们的广泛关注。
[0003]超级电容器，亦称电化学电容器，是一种具有高比能量、高的比功率、快速充放电能力、长的循环寿命等优点的储能组件。它在移动通讯信息技术、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有广阔的应用前景。它同时具备电池高能量和电容器高功率的优点。且在性能上又优于两者。
[0004]超级电容器按储能机理可以分为3类:采用高比表面积活性炭的电容器的储能机理是基于碳电极/电解液界面上电荷分离所产生的双电层电容；采用RuO2等贵金属氧化物或PPY等导电高分子聚合物作电极的电容器是在氧化物电极表面基体相发生的氧化还原反应而产生的吸附电容，这种电容被称为法拉第赝电容。由于法拉第赝电容的产生机理与电池反应相似，在相同的电极面积的情况下，它的电容量是双电层电容的几十倍左右；但双电层电容器瞬间大电流放电的功率特性比法拉第电容器好，因此两者各有其优势。近年来，第三种超级电容器-混合电容器受到广泛关注，它采用碳材料、金属氧化物材料和导电高分子材料中的两种分别作两个电极，储能机理也比较复杂，尚在研究中，通常认为兼有双电层和法拉第赝电容机理。
[0005]近几年来，由于脉冲功率技术的不断推广，作为储能元件，活性炭超级电容器的比功率特性已经满足不了要求，人们又开始借助于活性物质的法拉第氧化还原反应，进行了另一种储能形式的研究，在众多材料中，金属氧化物二氧化钌最突出，不仅具有较高的比电容(高达768F/g)，而且具有优异的循环稳定性，是目前最理想的电极材料，其电容量主要是来自于二氧化钌和电解质溶液之间发生的高度可逆的氧化还原反应。
[0006]由于氧化钌材料的价格昂贵，各国对其研究大多仅限于实验室阶段，成熟的产品化生产较为少见。虽然混合型超级钽电容器具有优异的电气性能，然而人们研究的重点集中在提高其阴极氧化钌电极的比容量和其制作方法上，对于钽电解电容器工作过程中阴极和阳极间的媒介一一浸溃电解液和工作凝胶电解质很少有人关注，现在大多数混合型超级钽电解电容器使用的浸溃电解液及阴极电解质仍然沿用传统液体钽电解电容器上个世纪八十年代就在使用的电解液和电解质配方，而国内液体钽电解器生产厂家，其所用的电解质多单一的浓硫酸、二氧化娃和娃溶胶休系，其闪火电压低(小于200V),且在负温(_55°C )时粘度大，高温时(125°C)又易挥发，这样使用该体系电解质装配混合型超级钽电解电容器，电容器的漏电流大、负温容量损失大、经历85°C、2000小时寿命试验的考核后产品性能劣化严重，无法满足军工如航天工业上的应用，因此如果能开发出性能优良的与氧化钌电极材料相配合的阴极电解质体系，将对国家和社会都有一定的贡献。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，针对目前国内的高性能混合型超级钽电容器用电解液存在的问题，提供一种适于制造高电压、大容量混合型超级钽电解电容器用的阴极电解质及制备方法。
[0008]一种混合型超级钽电容器用高压电解质，其原料按质量百分比计，包括:
[0009]极性有机大分子物质5%_20% ；
[0010]质子惰性溶剂5-50%;
[0011]咪唑盐1-10%;
[0012]过渡族金属的硫酸盐0.5-2%;
[0013]浓硫酸20%_36%;
[0014]余量:电阻率≥15ΜΩ.cm的去离子水；
[0015]所述咪唑盐具有以下通式:
[0016]
【权利要求】
1.一种混合型超级钽电容器用高压电解质，其特征在于，其原料按质量百分比计，包括: 极性有机大分子物质5%-20% ； 质子惰性溶剂5-50%; 咪唑盐 1-10% ； 过渡族金属的硫酸盐0.5-2% ； 浓硫酸20%-36% ； 余量:电阻率≥15ΜΩ.cm的去离子水； 所述咪唑盐具有以下通式:
2.根据权利要求1所述的混合型超级钽电容器用高压电解质，其特征在于，所述RpR2优选η-丙基或ρ- 丁基作为烷基，X为F。
3.根据权利要求1或2所述的混合型超级钽电容器用高压电解质，其特征在于，还包括代替部分去离子水的颗粒大小在5-15纳米的硅溶胶，从而形成钽电容器工作用高压凝胶电解质，所述硅溶胶与浓硫酸质量比为1-2.5:1。
4.根据权利要求3所述的混合型超级钽电容器用高压凝胶电解质，其特征在于，其原料按质量百分比计，包括: 极性有机大分子物质10%-15% ； 质子惰性溶剂10%-30% ； 咪唑盐 3%-6% ； 过渡族金属的硫酸盐0.5-0.8% ； 浓硫酸26%-32% ； 硅溶胶与浓硫酸的质量比为1-2.5:1; 余量:电阻率≥15MQ.cm的去离子水。
5.根据权利要求3所述的混合型超级钽电容器用高压电解质，其特征在于，所述极性有机大分子物质为乙二醇、乙二醇一甲醚、乙二醇一丁醚、苯甲醇、甘油衍生物、聚乙二醇、乙烯醇、聚乙烯醇中的两种或两种以上组合。
6.根据权利要求3所述的混合型超级钽电容器用高压电解质，其特征在于，所述质子惰性溶剂为乙腈、3-甲氧基丙腈、N，N-二甲基甲酰胺、N—甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、碳酸乙酯、2-甲氧基乙醚、Y-丁内酯、碳酸乙烯酯中的一种或一种以上的混合物。
7.根据权利要求6所述的混合型超级钽电容器用高压电解质，其特征在于，所述质子惰性溶剂为N，N-二甲基甲酰胺与N—甲基吡咯烷酮或者N，N-二甲基甲酰胺与二甲基亚砜的混合物，两者的混合质量比例均为1:0.5-3.0。
8.根据权利要求3所述的混合型超级钽电容器用高压电解质，其特征在于，所述过渡族金属的硫酸盐可以为 VOSO4.XH2O, Ag2SO4, CuSO4.5H20、Fe2 (SO4) 3、VOSO4 中的一种。
9.根据权利要求1所述的制备混合型超级钽电容器用高压电解质的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)、按权利要求1中的质量百分比准确量取各组分； (2)、将极性有机大分子物质按比例加入质子惰性溶剂中在常温下混合搅拌，并缓慢升温至80°C ； (3)、在80°C的条件下加入咪唑盐，升温到110°C，搅拌并保温lh，然后冷却到室温，形成混合A液； (4)、取过渡族金属的硫酸盐，将其溶于去离子水中，然后量取浓硫酸，在不断搅拌的过程中将其缓慢的滴加入过渡族金属的硫酸盐水溶液中使PH控制在2.0-5.0，最终形成电容器芯块浸溃用混合B液； (5)、将混合A液在不断搅拌的过程中将其加入混合B液，搅拌均匀后即可获得本发明混合型超级钽电容器用高压电解质。
10.据权利要求9述的制备混合型超级钽电容器用高压电解质的方法，其特征在于，所述步骤4包括:称取过渡族金属的硫酸盐，并将其溶于按质量比称取的硅溶胶和去离子水中，然后称取浓硫酸，在不断搅拌的过程中将其缓慢的滴加入上述混合溶液中使PH控制在 .2.0-5.0，所述硅溶胶与浓硫酸的质量为1.0-2.5:1，持续搅拌10分钟以上，最终制得电容器工作用混合凝胶电解质B液。
【文档编号】H01G11/64GK103887085SQ201410122493
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】陆胜, 王杰 申请人:贵州中航聚电科技有限公司