锂离子超级电容器电解液的制作方法

文档序号:9668936阅读:640来源:国知局
锂离子超级电容器电解液的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化学储能领域,设及高能量密度的裡离子超级电容器研究,具体地设及一 种裡离子超级电容器电解液。
【背景技术】
[0002] 化学储能装置是能源系统的重要组成部分,其中裡离子电池和电化学超级电容器由于 性能优异备受人们关注。裡离子电池工作电压高,具有能量密度高(150-200Wh/Kg)安全性 好,无污染,体积小等优点,常用于携带式电子设备,也是电动汽车的首选储能器件,但裡离 子电池也存在功率密度低,循环寿命短,低溫性能差等问题。电化学超级电容器是一种依 靠双电层或法拉第准电容原理工作的储能期间,其最大的优点是具有优良的快速充放电特 性,功率密度可达lOkW/kg,同时具有循环寿命长达数万次,工作溫度宽等特点。与裡离子电 池相比,其能量密度较低,一般在lOWh/kgW下。目前,该超级电容器已广泛应用于移动备 用设备和电动汽车启动电源等领域。
[0003] 随着电动汽车的发展W及对高能量密度和高功率的需求,裡离子超级电容器是近 年来逐渐被关注的一种新型储能原件,同时使用裡离子电池和超级电容器的电极材料,裡 离子混合超级电容器拥有电池和电容的双重特性,其储能过程既包括裡离子与电极材料体 相发生的可逆法拉第化学反应,又包括电化学活性材料对离子的可逆吸脱附行为。与裡离 子电池相比,电容活性材料的使用一方面降低体系的比能量密度,但另一方面使裡离子混 合超级电容器实现快速充放电,因而具有更高的功率密度。与法拉第准超级电容器相比,裡 离子混合超级电容器中裡离子与电池材料体相发生的法拉第氧还原反应较慢,会使其功率 密度稍有降低,但同时会提供更高的存储容量。因此,裡离子混合超级电容器是介于裡离子 电池和超级电容器之间的储能装置。
[0004] 目前,裡离子超级电容器与一般超级电容器,最大的问题在于循环寿命不佳,导 致循环寿命不佳的主要原因之一在于电解液的分解,一般裡离子超级电容器电解液是将 LiPF6溶解在碳酸醋类溶剂里面配置而成,运种裡盐容易与水发生反应,同时产生的HF容 易与电解液中碳酸醋类溶剂发生反应,形成阻抗较高的固体电解质膜,导致裡离子超级电 容器内阻增加,从而影响其循环寿命。 阳0化]针对上述问题,通过研制裡离子超级电容器电解液提高裡离子超级电容器循环寿 命、高功率密度、存储容量是目前急于需要解决的问题。

【发明内容】

[0006] 本发明的目的就是要克服现有裡离子超级电容器电解液存在的问题,提供一种裡 离子超级电容器电解液,通过在电解液中加入含有至少含有一种二氣憐酸裡组成新型电解 液,使裡离子超级电容器具有长循环、高功率、高能量密度,W满足移动备用设备和电动汽 车启动电源等领域对高能量密度和高功率电容器的需求。
[0007] 本发明所采用的技术方案是:裡离子超级电容器电解液,其特征在于:该电解液 由至少含有一种二氣憐酸裡液体、电解质盐和溶剂组成;其中,二氣憐酸裡在电解液中的含 量为0.l-2mol/l,优选为5-1. 52mol/l,最优选为2mol/l;所述溶剂为碳酸醋类、酸类或者 腊类的一种或几种混合物。
[0008]所述电解质盐为LiP02F2, LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF5、LiC104、LiCF3S03、 LiN(S02CF3)2、LiN(S02C2巧)2、LiC(S02CF3)3、LiPF4(CF3)2、LiPF3(C2F5)3、 LiPF3(CF3)3、LiPF3(is〇-C3W)3、LiPW(is〇-C3F7)、(CF2)2(S02)2M^i、(CF2)3(S02)2M^i 中的一种或几种混合物。
[0009] 所述碳酸醋类为碳酸丙締醋(PC)、碳酸乙締醋等化合物。
[0010] 所述酸类为乙二醇二甲酸(DME)、1,3-二氧戊环(DOL)等化合物。 W11] 所述腊类为乙腊(AN)、丙腊、己二腊等化合物。
[0012] 本发明具有W下的优点和积极效果: 1、本发明采用的二氣憐酸裡组成新型电解液,二氣憐酸裡比11?!^溶解性好,能为双 电层电容器提供更多的自由电荷,同时还能在电极表面形成比较稳定且性能优良的固液界 面膜(SEI膜),保护电极不被电解液腐蚀,防止正极材料中金属离子的溶出,提高电荷存储 密度,使电容性能更优;相较于在超级电容器中,双电层电容与裡离子电池采取内结合的 方式,由于受单一裡盐溶解度的影响,电解液中自由移动离子数目受限制,使得此器件的双 电层电容部分的容量得不到较好的发挥,致使整体的能量密度低,难W达到实际应用的要 求,因此,至少含有一种二氣憐酸裡组成新型电解液同时能提高电荷存储密度和有效表面 利用率,使电容性能更优,添加二氣憐酸裡可W使超级电容器的容量保持率由10%增长至 90%,明显高于添加六氣憐酸裡时,容量保持率增大8. 4倍。
[001引 2、本发明采用的乙腊、PC等为有机电解液中的代表,乙腊为非质子极性溶剂,粘度 低但易挥发,PC是一种强极性溶剂,烙点低,沸点高但粘度偏高;相较于目前使用的超级电 容器电解液有水系电解液和有机电解液;其中,水系电解液多为离子导电性较好的硫酸、氨 氧化钟等溶液,比电容高但电压窗口窄(只有IV左右),比能量较低;有机电解液电压窗口 较宽(可达2~4V),比能量高,因此,采用腊类和PC等的混合溶剂体系可W发挥各自的优 点,有助于提高电解液的稳定性和电压窗口。
【具体实施方式】
[0014] 下面将结合具体实施例对本发明进一步详细说明。
[0015] 比较例1,在手套箱中,将一定质量的LiPF6溶解在质子惰性溶剂100重量份的PC 中,形成浓度为Imol/L的溶液,可用于裡离子超级电容器的目标有机电解液。
[0016] 实施例1~9,在手套箱中,将一定质量的二氣憐酸裡溶解在质子惰性溶剂不同重 量份的溶剂中(按表1所示),形成不同浓度的电解液,可用于裡离子超级电容器的目标有机 电解液。
[0017] 表 1 :
由表I可知,本发明中在电解液中含有二氣憐酸裡可显著提高裡离子超级电容器的循 环稳定性。
[0018] 由比较例1知,仅加入六氣憐酸裡时,该裡离子超级电容器的容量保持率为10%, 远远低于添加二氣憐酸裡后其容量保持率。
[0019] 对比实施例1~4知,添加二氣憐酸裡可W使超级电容器的容量保持率由10%增 长至90% ;其中,实施例4中只添加二氣憐酸裡一种电解质盐,超级电容器的容量为84%, 对比只添加六氣憐酸裡时,容量保持率增大8. 4倍;当二氣憐酸裡和六氣憐酸裡W1:1含量 添加进该电解液时,容量保持率最高为96%。
[0020] 在优化电解质盐种类和质量配比时,同时优化溶剂体系,在改善超级电容器容量 保持率方面能起到协同作用;对比实施例5~9,均采用两种裡盐且其质量比为1: 1,但当溶 剂体系中的PC和AN含量达到一定要求时,其容量保持率较不含PC或AN的溶剂体系有大 幅度提升,容量保持率由68 %增至96 %。
[0021] 本发明的电解液的电化学性能的评价,采用在手套箱中建立裡离子超级电容器模 型,电忍包括侣锥制作的两集电极、WLiNil/3Mnl/3-Col/302为正极,W活性炭为负极,在 其间插入的纤维布隔膜。将电忍浸入W下实施例中的电解液中,采用侣壳和胶粒组立封口, 在电流密度为1100mA/g测试,2000次循环后裡离子超级电容器的容量保持率。
[0022] 上述实施例用于说明本发明,并不是对本发明的限定。
【主权项】
1. 一种锂离子超级电容器电解液,其特征在于:该电解液由至少含有一种二氟磷酸 锂液体、电解质盐和溶剂组成;其中,二氟磷酸锂在电解液中的含量为0.l_2mol/l,优选 为5-1. 52mol/l,最优选为2mol/l;所述溶剂为碳酸酯类、醚类或者腈类的一种或几种混合 物。2. 根据权利要求1所述的一种锂离子超级电容器电解液,其特征在于:所述电解质盐 为LiP02F2,LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF5、LiC104、LiCF3S03、LiN(S02CF3)2、LiN(S02C2F5) 2、LiC(S02CF3)3、LiPF4(CF3)2、LiPF3(C2F5)3、LiPF3(CF3)3、LiPF3(is〇-C3F7)3、LiPF5 (is〇-C3F7)、(CF2)2(S02)2NLi、(CF2)3(S02)2NLi中的一种或几种混合物。3. 根据权利要求1所述的一种锂离子超级电容器电解液,其特征在于:所述碳酸酯类 为碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯等化合物。4. 根据权利要求1所述的一种锂离子超级电容器电解液,其特征在于:所述醚类为乙 二醇二甲醚(DME)、1,3-二氧戊环(DOL)等化合物。5. 根据权利要求1所述的一种锂离子超级电容器电解液,其特征在于:所述腈类为乙 腈(AN)、丙腈、己二腈等化合物。
【专利摘要】本发明涉及一种锂离子超级电容器电解液,其特征在于:该电解液由至少含有一种二氟磷酸锂液体、电解质盐和溶剂组成;其中,二氟磷酸锂在电解液中的含量为0.1-2mol/l,优选为5-1.52mol/l,最优选为2mol/l;所述溶剂为碳酸酯类、醚类或者腈类的一种或几种混合物,本发明通过在电解液中加入含有至少含有一种二氟磷酸锂组成新型电解液,提高电荷存储密度,使电容性能更优,使锂离子超级电容器具有长循环、高功率、高能量密度,同时采用腈类等混合溶剂体系有助于提高电解液的稳定性和电压窗口,以满足移动备用设备和电动汽车启动电源等领域对高能量密度和高功率电容器的需求。
【IPC分类】H01G11/60, H01G11/64
【公开号】CN105428086
【申请号】CN201510764429
【发明人】陈建生, 彭劝, 宋善林, 陈文俊
【申请人】湖北诺邦科技股份有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月11日
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