一种低温型锂离子电容器电解液制备工艺及装置的制作方法

本发明涉及锂离子电容器技术领域，具体为一种低温型锂离子电容器电解液制备工艺及装置。

背景技术：

锂离子电容器(lithiumioncapacitor,lic)是一种新兴的储能装置，它将锂离子电池和超级电容器相结合，正极一般采用活性炭等电容材料，负极采用石墨、硬碳、软碳等电池材料，兼具高能量密度和高功率密度的优势，被认为是最有前途的电能储存系统之一。由于锂离子电容器具有较好的大电流充放电能力和低温性能，已经成为实现储能器件高功率密度化的一个发展方向。常用的电解质盐为六氟磷酸锂(lipf6)或四氟硼酸锂(libf4)，溶剂一般为碳酸酯，电解液为溶有锂盐的非水有机酯，电解液起到在正负极之间移动传递锂离子的作用。电解液直接影响了锂离子电容器的性能，因此电解液的研究和开发也日益受到生产和科研工作者的重视。

目前锂离子电容器在实际应用中仍存在较多问题，如低温条件下能量密度明显降低，循环寿命也受到影响，严重限制了锂离子电容器的规模使用。低温下电解液的粘度增大，电导率降低；电解液/电极界面阻抗和电荷转移阻抗增大；锂离子在活性物质本体中的迁移速率降低，造成低温下电极极化加剧，充放电容量降低。低温充电过程中尤其低温大倍率充电时负极将出现锂金属的析出与沉积，沉积的金属锂易与电解液发生不可逆反应，消耗大量电解液，同时使固体/电解质界面膜(sei膜)厚度增加，导致负极表面膜阻抗增大，影响锂离子子电容器的性能。且在进行大批量电解液加工时，需要配套使用制备装置来严格的控制电解质盐，有机溶剂和电解液添加剂的添加比例，为此我们提出一种低温型锂离子电容器电解液制备工艺及装置用于解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低温型锂离子电容器电解液制备工艺及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低温型锂离子电容器电解液制备工艺，包括电解质盐，有机溶剂和电解液添加剂，所述电解质盐为lipf6，在电解液中的浓度为1～5mol/l；所述有机溶剂为体积分数为25％～50％的碳酸二乙酯(dec)和体积分数为50％～75％的碳酸甲乙酯(emc)；所述电解液添加剂为质量分数为0.001％～10％离子液体电解质卤化n-甲基，乙基吡咯烷，此卤化物包括氟、氯、溴、碘化物。

一种低温型锂离子电容器电解液制备工艺，包括以下步骤：

步骤一，按体积百分比分别取30％的碳酸二乙酯(dec)和体积分数为70％的碳酸甲乙酯(emc)，在湿度小于1％的手套箱中，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；

步骤二，然后分别加入1mol/l的电解质盐lipf6；

步骤三，待lipf6溶解后，加入质量分数为0.5％的溴化n-甲基，乙基吡咯烷，充分溶解后，搁置24h，即得到本实施案例的低温型锂离子电容器电解液。

经测试，在所得的低温型锂离子电容器电解液中，常温下锂离子电容器的容量发挥大于97％，在-20℃时0.1c放电下，锂离子电容器放电容量为常温下的78％左右，在-40℃下，0.1c放电容量为常温放电容量的69％左右。常温循环10000次，容量保持率为94％左右。

一种低温型锂离子电容器电解液制备工艺，包括以下步骤：

步骤一，按体积百分比分别取30％的碳酸二乙酯(dec)和体积分数为70％的碳酸甲乙酯(emc)，在湿度小于1％的手套箱中，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；

步骤二，然后分别加入1mol/l的电解质盐lipf6；

步骤三，待lipf6溶解后，加入质量分数为1％的溴化n-甲基，乙基吡咯烷，充分溶解后，搁置24h，即得到本实施案例的低温型锂离子电容器电解液。

经测试，在所得的低温型锂离子电容器电解液中，常温下锂离子电容器的容量发挥大于98％，在-20℃时0.1c放电下，锂离子电容器放电容量为常温下的80％左右，在-40℃下，0.1c放电容量为常温放电容量的72％左右。常温循环10000次，容量保持率为95％左右。

一种低温型锂离子电容器电解液制备工艺，包括以下步骤：

步骤一，按体积百分比分别取30％的碳酸二乙酯(dec)和体积分数为70％的碳酸甲乙酯(emc)，在湿度小于1％的手套箱中，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；

步骤二，然后分别加入1mol/l的电解质盐lipf6；

步骤三，待lipf6溶解后，加入质量分数为5％的溴化n-甲基，乙基吡咯烷，充分溶解后，搁置24h，即得到本实施案例的低温型锂离子电容器电解液。

经测试，在所得的低温型锂离子电容器电解液中，常温下锂离子电容器的容量发挥大于96％，在-20℃时0.1c放电下，锂离子电容器放电容量为常温下的70％左右，在-40℃下，0.1c放电容量为常温放电容量的60％左右。常温循环10000次，容量保持率为92％左右。

一种低温型锂离子电容器电解液制备工艺，包括以下步骤：

步骤一，按体积百分比分别取30％的碳酸二乙酯(dec)和体积分数为70％的碳酸甲乙酯(emc)，在湿度小于1％的手套箱中，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；

步骤二，然后分别加入1mol/l的电解质盐lipf6；

步骤三，待lipf6充分溶解后，搁置24h，即得到本实施案例的电容器电解液。

经测试，在所得的低温型锂离子电容器电解液中，常温下锂离子电容器的容量发挥大于90％，在-20℃时0.1c放电下，锂离子电容器放电容量为常温下的42％左右，在-40℃下，0.1c放电容量为常温放电容量的35％左右。常温循环10000次，容量保持率为90％左右。

一种低温型锂离子电容器电解液制备装置，包括搅拌组件，所述搅拌组件包括有搅拌罐，所述搅拌罐内部安装有若干组环形分布的搅拌杆，所述搅拌罐一侧底端安装有出液管，所述搅拌罐顶端安装有进料口，所述搅拌组件一侧安装有储料组件，所述储料组件包括有第一储料罐，所述第一储料罐内部卡设有活塞，所述活塞底端安装有齿条，所述齿条一侧啮合有第一齿轮，所述第一齿轮中心处安装有转动杆，所述转动杆上安装有第二齿轮，所述第一储料罐一侧安装有第二储料罐，所述第一储料罐和第二储料罐底端安装有底箱。

优选的，环形分布的所述搅拌杆顶端安装有转动环，所述转动环中心处安装有转动轴，所述转动轴贯穿搅拌罐顶端，所述转动轴顶端安装有电机，所述出液管上安装有控制阀门，所述进料口下端安装有控制阀门。

优选的，所述活塞外侧安装有密封套，所述密封套滑动卡设于第一储料罐内部，所述齿条另一侧安装有限位条，所述限位条和齿条外侧卡设有限位筒，所述转动杆上安装有对称的轴承，所述轴承一侧安装有限位环，所述转动杆两端均安装有转动阀门。

优选的，所述第一储料罐和第二储料罐顶端均安装有进料口，所述第一储料罐和第二储料罐侧面与搅拌罐顶端通过出液管进行连接，所述第一储料罐和第二储料罐外侧均安装有卡扣。

优选的，所述第二储料罐内部所安装在的结构与第一储料罐内部结构相同，且第一储料罐和第二储料罐罐体体积比例为7：3，所述第一储料罐下方的第二齿轮两侧均安装有限位片，所述限位片卡设于第二储料罐下方的第二齿轮边缘处，所述第一储料罐和第二储料罐下方的第二齿轮相互啮合，所述第一储料罐和第二储料罐下方安装的限位筒外侧安装有固定板，所述固定板两端固定安装在底箱内壁。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中所用的电解液具有优异的低温性能，电解液中各组分的熔点沸点低，粘度小，介电常数大，电导率大，在低温下有利于锂离子的迁移，该电解液在温度低于-20℃下仍具有较高的电导率；

2、本发明中所用的电解液具有良好的常温充放电性能和循环稳定性，电解液采用的溶剂保证在电极表面形成稳定的sei膜，并没有牺牲常温性能；

3、本发明通过转动转动杆，使转动杆转动，转动杆转动带动第一齿轮和第二齿轮转动，第一齿轮转动带动齿条上升，利用限位条滑动卡设于限位筒内，对齿条移动过程进行限位，齿条移动带动活塞和密封套在第一储料罐内滑动，将碳酸甲乙酯(emc)从出液管注入搅拌罐内，利用第二齿轮相互啮合，使第二储料罐内部的活塞同时移动，将碳酸二乙酯(dec)注入搅拌罐内，此时关闭第一储料罐和第二储料罐与搅拌罐连接的出液管上的控制阀门，利用电机带动转动轴转动，转动轴转动带动搅拌杆做圆周运动，对搅拌罐进行搅拌混合，搅拌结束后打开出液管上的控制阀门，放出电解液进行使用。

附图说明

图1为本发明正面结构示意图；

图2为本发明搅拌组件剖面结构示意图；

图3为本发明储料组件剖面结构示意图；

图4为本发明图2中a处结构放大示意图；

图5为本发明图3中b处结构放大示意图；

图中：1、搅拌组件；101、搅拌罐；102、转动轴；103、转动环；104、搅拌杆；105、出液管；106、控制阀门；107、进料口；2、储料组件；201、第一储料罐；202、卡扣；203、活塞；204、密封套；205、齿条；206、限位条；207、限位筒；208、第一齿轮；209、转动杆；210、轴承；211、限位环；212、转动阀门；213、第二齿轮；214、限位片；215、第二储料罐；216、底箱；217、固定板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种低温型锂离子电容器电解液制备工艺，包括电解质盐，有机溶剂和电解液添加剂，所述电解质盐为lipf6，在电解液中的浓度为1～5mol/l；所述有机溶剂为体积分数为25％～50％的碳酸二乙酯(dec)和体积分数为50％～75％的碳酸甲乙酯(emc)；所述电解液添加剂为质量分数为0.001％～10％离子液体电解质卤化n-甲基，乙基吡咯烷，此卤化物包括氟、氯、溴、碘化物。

一种低温型锂离子电容器电解液制备工艺，包括以下步骤：

步骤一，按体积百分比分别取30％的碳酸二乙酯(dec)和体积分数为70％的碳酸甲乙酯(emc)，在湿度小于1％的手套箱中，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；

步骤二，然后分别加入1mol/l的电解质盐lipf6；

步骤三，待lipf6溶解后，加入质量分数为0.5％的溴化n-甲基，乙基吡咯烷，充分溶解后，搁置24h，即得到本实施案例的低温型锂离子电容器电解液。

经测试，在所得的低温型锂离子电容器电解液中，常温下锂离子电容器的容量发挥大于97％，在-20℃时0.1c放电下，锂离子电容器放电容量为常温下的78％左右，在-40℃下，0.1c放电容量为常温放电容量的69％左右。常温循环10000次，容量保持率为94％左右。

一种低温型锂离子电容器电解液制备工艺，包括以下步骤：

步骤一，按体积百分比分别取30％的碳酸二乙酯(dec)和体积分数为70％的碳酸甲乙酯(emc)，在湿度小于1％的手套箱中，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；

步骤二，然后分别加入1mol/l的电解质盐lipf6；

步骤三，待lipf6溶解后，加入质量分数为1％的溴化n-甲基，乙基吡咯烷，充分溶解后，搁置24h，即得到本实施案例的低温型锂离子电容器电解液。

经测试，在所得的低温型锂离子电容器电解液中，常温下锂离子电容器的容量发挥大于98％，在-20℃时0.1c放电下，锂离子电容器放电容量为常温下的80％左右，在-40℃下，0.1c放电容量为常温放电容量的72％左右。常温循环10000次，容量保持率为95％左右。

一种低温型锂离子电容器电解液制备工艺，包括以下步骤：

步骤一，按体积百分比分别取30％的碳酸二乙酯(dec)和体积分数为70％的碳酸甲乙酯(emc)，在湿度小于1％的手套箱中，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；

步骤二，然后分别加入1mol/l的电解质盐lipf6；

步骤三，待lipf6溶解后，加入质量分数为5％的溴化n-甲基，乙基吡咯烷，充分溶解后，搁置24h，即得到本实施案例的低温型锂离子电容器电解液。

经测试，在所得的低温型锂离子电容器电解液中，常温下锂离子电容器的容量发挥大于96％，在-20℃时0.1c放电下，锂离子电容器放电容量为常温下的70％左右，在-40℃下，0.1c放电容量为常温放电容量的60％左右。常温循环10000次，容量保持率为92％左右。

一种低温型锂离子电容器电解液制备工艺，包括以下步骤：

步骤一，按体积百分比分别取30％的碳酸二乙酯(dec)和体积分数为70％的碳酸甲乙酯(emc)，在湿度小于1％的手套箱中，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；

步骤二，然后分别加入1mol/l的电解质盐lipf6；

步骤三，待lipf6充分溶解后，搁置24h，即得到本实施案例的电容器电解液。

经测试，在所得的低温型锂离子电容器电解液中，常温下锂离子电容器的容量发挥大于90％，在-20℃时0.1c放电下，锂离子电容器放电容量为常温下的42％左右，在-40℃下，0.1c放电容量为常温放电容量的35％左右。常温循环10000次，容量保持率为90％左右。

一种低温型锂离子电容器电解液制备装置，包括搅拌组件1，所述搅拌组件1包括有搅拌罐101，所述搅拌罐101内部安装有若干组环形分布的搅拌杆104，所述搅拌罐101一侧底端安装有出液管105，所述搅拌罐101顶端安装有进料口107，所述搅拌组件1一侧安装有储料组件2，所述储料组件2包括有第一储料罐201，所述第一储料罐201内部卡设有活塞203，所述活塞203底端安装有齿条205，所述齿条205一侧啮合有第一齿轮208，所述第一齿轮208中心处安装有转动杆209，所述转动杆209上安装有第二齿轮213，所述第一储料罐201一侧安装有第二储料罐215，所述第一储料罐201和第二储料罐215底端安装有底箱216。

环形分布的所述搅拌杆104顶端安装有转动环103，所述转动环103中心处安装有转动轴102，所述转动轴102贯穿搅拌罐101顶端，所述转动轴102顶端安装有电机，所述出液管105上安装有控制阀门106，所述进料口107下端安装有控制阀门106。

所述活塞203外侧安装有密封套204，所述密封套204滑动卡设于第一储料罐201内部，所述齿条205另一侧安装有限位条206，所述限位条206和齿条205外侧卡设有限位筒207，所述转动杆209上安装有对称的轴承210，所述轴承210一侧安装有限位环211，所述转动杆209两端均安装有转动阀门212。

所述第一储料罐201和第二储料罐215顶端均安装有进料口107，所述第一储料罐201和第二储料罐215侧面与搅拌罐101顶端通过出液管105进行连接，所述第一储料罐201和第二储料罐215外侧均安装有卡扣202。

所述第二储料罐215内部所安装在的结构与第一储料罐201内部结构相同，且第一储料罐201和第二储料罐215罐体体积比例为7：3，所述第一储料罐201下方的第二齿轮213两侧均安装有限位片214，所述限位片214卡设于第二储料罐215下方的第二齿轮213边缘处，所述第一储料罐201和第二储料罐215下方的第二齿轮213相互啮合，所述第一储料罐201和第二储料罐215下方安装的限位筒207外侧安装有固定板217，所述固定板217两端固定安装在底箱216内壁。

工作原理：本发明提供的一种低温型锂离子电容器电解液制备装置在使用时，将不同浓度的电解质盐lipf6从搅拌罐101顶端的进料口107内注入后关闭控制阀门106，将碳酸二乙酯(dec)从进料口107处注入第二储料罐215内，将碳酸甲乙酯(emc)从进料口107处注入第一储料罐201，当第一储料罐201和第二储料罐215注满后，关闭进料口107上的控制阀门106，通过转动转动杆209，使转动杆209转动，转动杆209转动带动第一齿轮208和第二齿轮213转动，第一齿轮208转动带动齿条205上升，利用限位条206滑动卡设于限位筒207内，对齿条205移动过程进行限位，齿条205移动带动活塞203和密封套204在第一储料罐201内滑动，将碳酸甲乙酯(emc)从出液管105注入搅拌罐101内，利用第二齿轮213相互啮合，使第二储料罐215内部的活塞203同时移动，将碳酸二乙酯(dec)注入搅拌罐101内，此时关闭第一储料罐201和第二储料罐215与搅拌罐101连接的出液管105上的控制阀门106，启动电机，使转动轴102转动，转动轴102转动带动搅拌杆104做圆周运动，对搅拌罐101进行搅拌混合，搅拌结束后打开出液管105上的控制阀门106，放出电解液进行使用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。