一种超级电容器的电解液的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化学电源领域，涉及一种化学电源产品，具体涉及一种超级电容器电 解液。
【背景技术】
[0002] 超级电容器，又称电化学电容器，是通过电极表面发生快速、可逆的电荷吸附/脱 附过程或电化学反应过程进行能量的储存和释放的一种电化学储能装置。
[0003] 超级电容器的比能量由如下公式表示：
c；i.5 式中，E-储存的比能量； C一超级电容器的电容量； V一额定电压； m-超级电容器的重量。
[0004] 而超级电容器的电容量则由如下公式表示：
f部、 式中，C一微分电容值； 一溶剂的相对介电常数； 一真空介电常数，其值为8. 85X10 UFym1; S-电极/溶剂界面双电层的面积； d-电极/溶液界面双电层的厚度。
[0005] 由公式（1)和（2)可知，超级电容器的比能量与溶剂的相对介电常数成正比。
[0006] 目前的超级电容器采用的有机溶剂多为：乙腈、碳酸丙烯酯、y_ 丁内酯。这些溶 剂的相对介电常数一般在30~60之间。因而制得的超级电容器产品的比能量大多在3~ 5ffh/kg〇
[0007] 因此，亟需开发一种新的电解液，其能大幅提高超级电容器的比能量，改善其循环 性能。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是通过配置新的电解液，解决目前的超级电容器比能量低，循环性 能差的问题。
[0009] 为达到上述目的，本发明提供了一种超级电容器的电解液，该电解液的溶质为四 氟硼酸季铵盐，溶剂为相对介电常数在100以上的质子惰性溶剂，该电解液在室温时的浓 度为0? 5mol/L~2. Omol/L，所述的四氟硼酸季铵盐的阳离子为Et4N+、Et3MeN +中的一种，阴离 子为bf4。
[0010] 上述的超级电容器的电解液，其中，所述的四氟硼酸季铵盐为Et4NBF4。
[0011] 上述的超级电容器的电解液，其中，所述的质子惰性溶剂是指甲酰胺、乙酰胺、丙 酰胺、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、N-甲基丙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙 酰胺、N，N-二甲基丙酰胺中的任意一种或几种。
[0012] 上述的超级电容器的电解液，其中，所述的溶剂为丙酰胺和N-甲基丙酰胺的混合 物。
[0013] 上述的超级电容器的电解液，其中，所述的溶剂中N-甲基丙酰胺的比例为 40%~80%，以体积百分数计。
[0014] 上述的超级电容器的电解液，其中，所述电解液在室温时的浓度为0. 7mol/ L~l. 5mol/L〇
[0015] 本发明的电解液采用的溶剂相对介电常数较大，一般都在100以上，故而能在不 显著减少双电层面积、增大双电层厚度、降低超级电容器工作电压的情况下，大幅度提高超 级电容器的比能量。
【附图说明】
[0016] 图1为采用本发明的实施例1的电解液制作的超级电容器的恒流充放电曲线。
[0017] 图2为采用本发明的实施例1的电解液制作的超级电容器的循环寿命曲线。
[0018] 图3为采用本发明的实施例2的电解液制作的超级电容器的恒流充放电曲线。
[0019] 图4为采用本发明的实施例2的电解液制作的超级电容器的循环寿命曲线。
[0020] 图5为采用本发明的实施例3的电解液制作的超级电容器的恒流充放电曲线。
[0021] 图6为采用本发明的实施例3的电解液制作的超级电容器的循环寿命曲线。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合【附图说明】本发明的优选实施例。
[0023] 实施例1 本例的超级电容器电解液，其溶质为Et4NBF4，溶剂为丙酰胺和N-甲基丙酰胺按照一定 比例混合而成，其中N-甲基丙酰胺的比例以体积百分数计为40%，电解液在室温时的浓度 为 0? 7mol/L。
[0024] 采用本例的电解液制成超级电容器。具体方法为：采用活性炭电极作为正负极片， 采用纸隔膜或无纺布隔膜，在干燥房或手套箱中加注本例的电解液组装成超级电容器。
[0025] 图1的测试结果表明，采用该电解液组装的超级电容器，在2. 5A电流下的充放电 曲线几乎为一条直线，其容量达到300F左右。
[0026] 图2的测试结果表明，经过50000周次的循环，超级电容器的容量保持在初始容量 的88%以上。
[0027] 实施例2 本例的超级电容器电解液，其溶质为Et4NBF4，溶剂为丙酰胺和N-甲基丙酰胺按照一定 比例混合而成，其中N-甲基丙酰胺的比例为60%，电解液在室温时的浓度为1. lmol/L。
[0028] 采用本例的电解液制成超级电容器。具体方法为：采用活性炭电极作为正负极片， 采用纸隔膜或无纺布隔膜，在干燥房或手套箱中加注本例的电解液组装成超级电容器。
[0029] 图3的测试结果表明，采用该电解液组装的超级电容器，在2. 5A电流下的充放电 曲线几乎为一条直线，其容量达到350F左右。
[0030] 图4的测试结果表明，经过50000周次的循环，超级电容器的容量保持在初始容量 的93%以上。
[0031] 实施例3 本例的超级电容器电解液，其溶质为Et3MeNBF4，溶剂为丙酰胺和N-甲基丙酰胺按照一 定比例混合而成，其中N-甲基丙酰胺的比例为80%，电解液在室温时的浓度为1. 5mol/L。
[0032] 采用本例的电解液制成超级电容器。具体方法为：采用活性炭电极作为正负极片， 采用纸隔膜或无纺布隔膜，在干燥房或手套箱中加注本例的电解液组装成超级电容器。
[0033] 图5的测试结果表明，采用该电解液组装的超级电容器，在2. 5A电流下的充放电 曲线几乎为一条直线，其容量达到380F左右。
[0034] 图6的测试结果表明，经过50000周次的循环，超级电容器的容量保持在初始容量 的90%以上。
[0035] 综上所述，本发明的超级电容器的电解液能在不显著减少双电层面积、增大双电 层厚度、降低超级电容器工作电压的情况下，大幅度提高超级电容器的比能量。
[0036] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【主权项】
1. 一种超级电容器的电解液，其特征在于，该电解液的溶质为四氟硼酸季铵盐，溶剂为 相对介电常数在100以上的质子惰性溶剂，该电解液在室温时的浓度为0. 5mol/L~2. Omol/ L，所述的四氟硼酸季铵盐的阳离子为Et4N+、Et3MeN +中的一种，阴离子为BF 4。2. 如权利要求1所述的超级电容器的电解液，其特征在于，所述的四氟硼酸季铵盐为 Et4NBF403. 如权利要求1所述的超级电容器的电解液，其特征在于，所述的质子惰性溶剂是指 甲酰胺、乙酰胺、丙酰胺、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、N-甲基丙酰胺、N，N-二甲基甲酰 胺、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基丙酰胺中的任意一种或几种。4. 如权利要求1所述的超级电容器的电解液，其特征在于，所述的溶剂为丙酰胺和 N-甲基丙酰胺的混合物。5. 如权利要求4所述的超级电容器的电解液，其特征在于，所述的溶剂中N-甲基丙酰 胺的比例为40°/『80%，以体积百分数计。6. 如权利要求5所述的超级电容器的电解液，其特征在于，所述电解液在室温时的浓 度为 0? 7mol/L~I. 5mol/L〇
【专利摘要】本发明公开了一种超级电容器的电解液，该电解液的溶质为四氟硼酸季铵盐，溶剂为相对介电常数在100以上的质子惰性溶剂，该电解液在室温时的浓度为0.5mol/L~2.0mol/L，该四氟硼酸季铵盐的阳离子为Et4N+、Et3MeN+中的一种，阴离子为BF4-。由于该电解液溶剂的相对介电常数比一般的溶剂大得多，因此采用该电解液，在不显著减少双电层面积、增大双电层厚度、降低超级电容器工作电压的情况下，能够大幅度提高超级电容器的比能量。
【IPC分类】H01G11/62, H01G11/60
【公开号】CN105070530
【申请号】CN201510565652
【发明人】杨晨, 顾梅嵘
【申请人】上海空间电源研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年9月8日