一种超级电容器高电压非水电解液的制作方法
【专利说明】-种超级电容器高电压非水电解液
[技术领域]
[0001] 本发明涉及超级电容器的电解液，尤其涉及一种超级电容器高电压非水电解液。
[【背景技术】]
[0002] 超级电容器（Supercapacitors)是一种介于传统电容器和二次电池之间的电化 学储能装置。它是近年来发展起来的一种高能量电能存储元件，具有高功率密度、高循环寿 命、可快速冲放电和节能、环保、高效等优点，被广泛应用于智能电表（水表，燃气表）、相机 闪光灯、混合动力汽车、电机调节器、传感器、大型设备的后备电源、机动车辆的启动装置、 风力发电和太阳能发电系统等洁净能源系统，因而广泛受到关注。
[0003] 季胺盐是超级电容器的最为常用的非水电解质，具有良好的综合性能。目前商业 化的超级电容器主要采用活性炭作为电极材料，电解液采用四氟硼酸四乙基铵（Et4NBF4) 或四氟硼酸三乙基甲基铵（Et3MeNBF4)的碳酸丙烯酯（PC)或乙腈（AN)溶液，但是由于上 述两类电解液的电化学稳定性不足，电容器的电压上限仅为2. 5V (PC体系）或2. 7V (AN体 系），电容器的能量密度较低。与期望的电压上限3. OV (AN体系）或2. 7V (PC体系），存在 较大差距。当电压逐渐升高至3. OV及以上时，电极与电解质、电极与非水溶剂之间发生电 化学氧化还原反应，导致气体产生，随着工作时间的延长最终导致电容器内部遭受过大的 压力使得电容器容量急剧衰减、内阻急剧增加、泄露或者破裂。因此，为提高高电压3. OV及 以上电容器的高温存储性能及综合性能，急需对工作时容量衰减、内阻增大、产气的问题进 行改善。
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【发明内容】
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[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种分解电压高、存储性能优良的非水电解液。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种超级电容器高电压非水 电解液，由溶剂、螺环季胺盐和高温改善添加剂组成；其中，
[0006] 溶剂 100重量份；
[0007] 高温改善添加剂 0· 005-5重量份；
[0008] 溶剂为碳酸酯、腈类溶剂和砜类溶剂中的至少一种，螺环季胺盐在溶剂中的摩尔 浓度为 〇· 5-2. Omol/L。
[0009] 以上所述的超级电容器高电压非水电解液，所述的溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯 酯、γ-丁内酯中、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- 丁内酯、Y-戊内酯、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、四氢呋喃、二氧戊环、环丁砜或二甲基亚砜中的至少 一种。
[0010] 以上所述的超级电容器高电压非水电解液，所述的螺环季胺盐为四氟硼酸螺环季 铵盐和/或双（三氟甲基磺酰）亚胺螺环季铵盐。
[0011] 螺环季铵盐，特别是四氟硼酸螺环季铵盐和双（三氟甲基磺酰）亚胺螺环季铵盐 的电解质是化学和电化学稳定的，与碳电极相容，具有低粘度和密度，在宽的温度范围内具 有高导电性，并可在较宽可用温度范围内提供高能量密度。
[0012] 以上所述的超级电容器高电压非水电解液，所述的改善高温存储类添加为 1，2, 4-三氮唑、苯骈三氮唑、1，3, 5-三嗪、均三嗪、三聚氰胺、硼氢化物、硼氢化锂和四丁基 硼氢化铵中的至少一种。
[0013] 本发明通过采用螺环季铵盐和改善高温存储添加剂的使用，可以显著提高电解液 耐氧化性，减少电极与电解液之间的电化学副反应，明显改善超级电容器高电压3. OV电解 液高温存储性能。
[【具体实施方式】]
[0014] 本发明的高电压锂离子电池的非水电解液，由溶剂、季胺盐、高温改善添加剂 和锂电池电解液添加剂组成；其中，溶剂100重量份；高温改善添加剂0. 005-5重量份； 溶剂为碳酸酯、腈类溶剂、砜类溶剂中的至少一种，螺环季胺盐在溶剂中的摩尔浓度为 0.5-2. 0mol/L〇
[0015] 高温改善添加剂三氮唑及其衍生物、三嗪及其衍生物可以部分除去超级电容器电 解液的游离酸减少其催化电解液的氧化分解，从而减少电解液与电极间的电化学反应，减 少气体的产生。硼氢化物则可以除去电解液中的水分、从而减少电极与电解液之间的电化 学反应，减少气体的产生。
[0016] 螺环季铵盐，特别是四氟硼酸螺环季铵盐和双（三氟甲基磺酰）亚胺螺环季铵盐 的电解质是化学和电化学稳定的，与碳电极相容，具有低粘度和密度，在宽的温度范围内具 有高导电性，并可在较宽可用温度范围内提供高能量密度。一种或两种任意混合，在溶剂中 的摩尔浓度为〇· 5~2. 0mol/L〇
[0017] 溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯中、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-丁内酯、Y-戊内酯、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、四氢呋喃、二 氧戊环、环丁砜或二甲基亚砜中的一种或两种以上的混合物。
[0018] 改善高温存储类添加为三氮唑及其衍生物、1，2, 4-三氮唑、苯骈三氮唑、三嗪及其 衍生物、1，3, 5-三嗪、三聚氰胺、硼氢化物、硼氢化锂、四丁基硼氢化铵等中的至少一种。
[0019] 实施例1
[0020] 在手套箱中，将一定质量的甲基三乙基四氟硼酸铵溶解在质子惰性溶剂100重量 份的乙腈中，形成浓度为0. 5mol/L的溶液，再加入0. 05重量份的四丁基硼氢化铵，形成均 匀的混合液体，从而得到可用于超级电容器的目标有机电解液。
[0021] 实施例1、2、3、4和对比例1、2中溶剂、季胺盐、添加剂的加入量按照下表所示。
[0022] 表1 :实施例1-4和对比1的组分含量表
[0023]
【主权项】
1. 一种超级电容器高电压非水电解液，由溶剂、螺环季胺盐和高温改善添加剂组成； 其中， 溶剂 100重量份； 高温改善添加剂 0. 005-5重量份； 溶剂为碳酸酯、腈类溶剂和砜类溶剂中的至少一种，螺环季胺盐在溶剂中的摩尔浓度 为 0?5-2.Omol/L。
2. 根据权利要求1所述的超级电容器高电压非水电解液，其特征在于，所述的溶剂为 碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、y-丁内酯中、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-丁内酯、Y-戊内酯、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、四氢呋喃、二氧戊环、环丁砜 或二甲基亚砜中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述的超级电容器高电压非水电解液，所述的螺环季胺盐为四氟硼 酸螺环季铵盐和/或双（三氟甲基磺酰）亚胺螺环季铵盐。
4. 根据权利要求1所述的超级电容器高电压非水电解液，所述的改善高温存储类添加 为1，2, 4-三氮唑、苯骈三氮唑、1，3, 5-三嗪、均三嗪、三聚氰胺、硼氢化锂和四丁基硼氢化 铵中的至少一种。
【专利摘要】本发明公开了一种超级电容器高电压非水电解液，由溶剂、螺环季胺盐和高温改善添加剂组成；其中，溶剂100重量份；高温改善添加剂0.005-5重量份；溶剂为碳酸酯、腈类溶剂、砜类溶剂中的至少一种，螺环季胺盐在溶剂中的摩尔浓度为0.5-2.0mol/L。本发明通过在高电压超级电容器电解液中加入高温改善添加剂，电解液游离酸含量显著降低，能在较高的工作电压(3.0V以上)下使用，高温存储条件下容量衰减少，内阻上升率相对较小，使得超级电容器具有高的功率密度、能量密度和非常好的高温存储性能。
【IPC分类】H01G11-64, H01G11-62
【公开号】CN104779075
【申请号】CN201510136901
【发明人】王霹霹, 陈性宝, 高学友, 戴晓兵
【申请人】珠海市赛纬电子材料有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月26日