电解液的制作方法
【专利摘要】一种适用于能量存储装置(诸如超级电容器)的电解液体系和包括该电解液体系的能量装置，该电解液体系由诸如Li或EMI?TFSI的离子液体和稳定量的稳定添加剂构成。稳定添加剂优选地包含腈基和芳香(苯)基团，且尤其地可为苄腈、肉桂腈或丁二腈。稳定添加剂稳定能量存储装置使其免于ESR上升和／或电容损耗，但是不会不利地影响离子液体的其他性能特征。
【专利说明】电解液
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于能量存储装置的电解液。特别地，本发明涉及能够在电池、电容器、超级电容器等等中提供提高的性能的一种非水电解液。
[0002]本发明主要为了超级电容器而开发，且将参考该用途而在以下描述。然而，可以理解的是，本发明不限于该特定使用领域，且还适用于其他能量存储装置，诸如电池、燃料电池、赝电容器、电容器和这些装置的一种或多种的混合。
[0003]发明背景
[0004]说明书中现有技术的任何讨论都不应认为是承认了:这些现有技术是广泛已知的或形成了本领域的普遍公知技术的一部分。
[0005]超级电容器(supercapacitor)还指的是超高电容器(ultra capacitor)、电化学双层电容器(EDLC)和电化学电容器，其中超高电容器、电化学双层电容(EDLC)和电化学电容器都包括在说明书中使用的术语“超级电容器”内。
[0006]在所传递的能量的量与普通电容器相比非常高、但与电池相比较低的情况下，超级电容器一般能够快速(高功率)地传递能量。低电阻、高能量密度、超级电容器理想地适用于闻功率应用，诸如:
[0007]?有限能源供应的无线通信，诸如: [0008]移动/蜂窝电话；PC卡；CF卡；迷你PCI ;扩展卡;USB调制解调器；PDA ；自动抄表;通行标签(toll tag) ；GPS, GPRS和RF跟踪。
[0009]籲手提的、或空间受限的装置中的后备能源(UPS)。
[0010]?用于CPU的电压调节；机动车辆；手提音响和具有高冲击负荷的其他装置。
[0011]?高能量、高功率电力负载，诸如:用于门锁的致动器；DSC和用于照相机的LED闪光灯。
[0012]?固态记忆存储装置(例如，固态硬盘驱动器)。
[0013]超级电容器可在很多应用中发挥应用。超级电容器所属的能量和动力存储市场现在由电池和电容主导。充分认识到的是，电池善于存储能量，但妥协于能够高功率传递能量的设计。还被充分认识到的是，电容器能够快速(高功率)传递能量，但是传递的能量的量非常低(低电容)。
[0014]将现存电池和电容对市场需要的这些限制叠加揭示了超级电容器的机会的三个主要领域:具有高能量密度的电池替换装置；具有高功率和能量密度的电池补充装置；更小且不仅具有高能量密度还具有高频率响应的电容器替换装置。
[0015]现在，相对高功率密度的超级电容器使其理想用于具有高能量密度以形成混合能量存储系统的、串联或并联的电池组合。当负载需要不连续的能量时，用超级电容器来补充电池允许从充满的超级电容器中取得峰。这减少了电池上的负载，且在很多情况下延长了电池的循环寿命以及可充电电池的寿命。
[0016]超级电容器还在混合电动车(HEV)领域中具有应用。超级电容器可用作这些车辆的动力传动系统的一体部件，且可在加速过程中用作主要能源和在回馈制动过程中用于存储收回的能量。
[0017]超级电容器通过分离电荷而不是通过电池内在的电-化学过程来存储能量。超级电容器一般包括两个相对的电极，电极通过多孔且被电解液渗透的中间电绝缘隔膜隔离。两个集流端子一般连接至各个电极且从各个电极延伸出，以允许外部接近电极。将外壳密封以防止污染物进入和电解液流出。还可以构造多个电极电容器，例如，锂离子电容器为具有第三电极的混合装置。
[0018]当两个平行的板连接至外部电路且两个板之间加以电压差时，电容(存储电荷能力)升高。在这种情况下，表面被相反地充电。这种电荷的分离的基本关系通过以下等式描述:
[0019]
【权利要求】
1.一种适用于能量存储装置的电解液体系，所述电解液体系包括离子液体和稳定量的稳定添加剂。
2.根据权利要求1所述的电解液体系，其中所述能量存储装置为超级电容器。
3.根据权利要求1或2所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂被提供用于稳定所述能量存储装置的ESR。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂被提供用于稳定所述能量存储装置的电容损耗。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂提高或不会不利地影响所述离子液体的其他性能特征。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述离子液体为TFSI盐。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述离子液体为Li或EMITFSI 盐。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述离子液体为EMITFSI。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂为水清除剂。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂包含腈基。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂包含芳环。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂为芳腈。
13.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂包含苯环。
14.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂包含苯环和一种或多种臆基。
15.根据权利要求1至10中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂选自苄腈、肉桂腈和丁二腈组成的组。
16.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂选自由苄腈和肉桂腈组成的组。
17.根据权利要求1至10中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂选自由苄腈和丁二腈组成的组。
18.根据权利要求1至10中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂选自由肉桂腈和丁二腈组成的组。
19.根据权利要求1至17中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂为苄腈。
20.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂以高达50重量％的量存在。
21.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂以高达30重量％的量存在。
22.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂以高达25重量％的量存在。
23.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂以高达20重量％的量存在。
24.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂以高达15重量％的量存在。
25.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂以高达10重量％的量存在。
26.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂以高达5重量％的量存在。
27.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂以高达I重量％的量存在。
28.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂以高达0.25重量％的量存在。
29.根据前述权利要求中任一项所述的电解液体系，其中所述稳定添加剂以大于50重量％的量存在。
30.一种能量存储装 置，所述能量存储装置包括电解液体系，所述电解液体系包括离子液体和稳定量的稳定添加剂。
31.根据权利要求30所述的能量存储装置，其中所述能量存储装置的形式为超级电容器。
32.根据权利要求30或31所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂被提供用于减低所述能量存储装置的ESR上升率。
33.根据权利要求30至32中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂被提供用于减少所述能量存储装置的电容损耗。
34.根据权利要求30至33中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂提高或不会不利地影响所述离子液体的其他性能特征。
35.根据权利要求30至34中任一项所述的能量存储装置，其中所述离子液体包括EMITFSI。
36.根据权利要求30至35中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂包含腈基。
37.根据权利要求30至36中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂包含芳环。
38.根据权利要求30至37中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂为芳月青。
39.根据权利要求30至38中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂包含苯环。
40.根据权利要求30至39中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂包含苯环和一种或多种腈基。
41.根据权利要求30至36中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂选自由苄腈、肉桂腈和丁二腈组成的组。
42.根据权利要求30至41中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂选自由苄腈和肉桂腈组成的组。
43.根据权利要求30至36中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂选自苄腈和丁二腈组成的组。
44.根据权利要求30至36中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂选自由肉桂腈和丁二腈组成的组。
45.根据权利要求30至43中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂为苄月青。
46.根据权利要求30至45中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂以高达50重量％的量存在。
47.根据权利要求30至46中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂以高达30重量％的量存在。
48.根据权利要求30至47中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂以高达25重量％的量存在。
49.根据权利要求30至48中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂以高达20重量％的量存在。
50.根据权利要求30至49中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂以高达15重量％的量存在。
51.根据权利要求30至50中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂以高达10重量％的量存在。
52.根据权利要求30至51中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂以高达5重量％的量存在。
53.根据权利要求30至52中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂以高达I重量％的量存在。
54.根据权利要求30至53中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂以高达0.25重量％的量存在。
55.根据权利要求30至54中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂以大于50重量％的量存在。
56.根据权利要求30至55中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂使得初始ESR小于没有所述稳定添加剂的等效装置的ESR。
57.根据权利要求39至56中任一项所述的能量存储装置，其中所述稳定添加剂使得ESR上升率小于没有所述稳定添加剂的等效装置的ESR上升率。
58.根据权利要求30至57中任一项所述的能量存储装置，所述能量存储装置在2.3V和70°C下的ESR上升率小于0.01% / h。
59.根据权利要求30至58中任一项所述的能量存储装置，所述能量存储装置的电容与没有所述稳定添加剂的等效装置的电容至少相等。
60.根据权利要求30至59中任一项所述的能量存储装置，所述能量存储装置的电容衰减率小于没有所述稳定添加剂的等效装置的电容衰减率。
61.根据权利要求30至60中任一项所述的能量存储装置，所述能量存储装置在2.3V和70°C下的电容损耗率小于0.006% / h。
62.—种电解液，所述电解液的电导率大于没有稳定添加剂的等效电解液的电导率。
【文档编号】H01G11/62GK103620714SQ201280022593
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年5月7日 优先权日:2011年5月10日
【发明者】亚历山大·比利克, 菲利普·布雷特·艾奇森, 艾伦·戈斯克·拉森, 约翰·齐·亨·源, 妮可·范·德·拉克 申请人:Cap-Xx有限公司