[發(fā)明專利]一種混合型超級電容器電解液

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310021993.6
• 申請日: 2013-01-22
• 公開（公告）號: CN103943376A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設計）人: 閻景旺;薛榮;郝立星;衣寶廉
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01G11/58
• 分類號: H01G11/58
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發(fā)明屬于混合型超級電容器領域，具體涉及一種混合型超級電容器電解液。

背景技術

隨著資源和能源日益匱乏，人類更加依賴可再生新能源。超級電容器由于具有充電快、循環(huán)壽命長、免維護、無污染等優(yōu)點，已成為能源領域的研究熱點。超級電容器在交通、航空、軍工等領域具有廣泛的應用前景。

按照儲能機理的不同，超級電容器分為雙電層電化學超級電容器和贗電容超級電容器。混合型超級電容器使用法拉第可充電電池的一極作負極，超級電容器的一極（一般為高比表面積活性炭電極）作正極。相對于雙電層電化學超級電容器和贗電容超級電容器，混合型超級電容器具有更高的能量密度，較低的自放電率和遠大于二次電池的功率密度。

研究表明，電解液的性質(zhì)在很大程度上決定著混合型超級電容器的電化學性能。目前混合型超級電容器所使用的電解液包括水系和有機系兩種。通常使用的水系電解液為Li₂SO₄等硫酸鹽。采用水系電解液的超級電容器的單體工作電壓僅為1V左右（Ionics2008,14:441）。而在常用的有機系電解液中采用LiPF₆或LiBF₄作溶質(zhì)，碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）作溶劑。采用這種有機電解液的超級電容器的單元工作電壓可以達到2.5V。

四乙基四氟硼酸銨（TEABF₄）具有高電導率和低粘度的特性，并可以在活性物質(zhì)上生成SEI膜保護電極活性物質(zhì)，所以其在鋰離子電池和有機系超級電容器的應用近年來越來越受到學術界和企業(yè)的重視。而與在鋰離子電池常用的溶劑如碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等相比，活性炭電極在碳酸丙烯酯中會表現(xiàn)出更好的循環(huán)性能（電池工業(yè).2009(03):177）。

目前，在鋰離子混合型超級電容器中普遍采用工作電壓較高的鋰離子電池有機系電解液。在這類電解液中一般采用LiPF₆或LiBF₄作溶質(zhì)，碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯(DMC）、碳酸二乙酯（DEC）作溶劑（US6252762B1，Energy?Environ?Sci.20125:9363）。雖然這類電解液對電池極鋰離子脫嵌反應進行了優(yōu)化，但是對活性炭電極雙電層形成過程來說，其并不是一種理想的選擇（和常用的超級電容器電解液相比）。本發(fā)明將鋰離子電池電解液中的組分與超級電容器電解液的組分進行優(yōu)化組合，開發(fā)出一種能夠同時發(fā)揮電池極高比能特性和電容極高倍率性能的新型電解液。另外，采用這種電解液，使混合型超級電容器的循環(huán)穩(wěn)定性得到顯著改善。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種混合型超級電容器電解液，以提高混合型超級電容器的充放電循環(huán)穩(wěn)定性。

本發(fā)明提供了一種混合型超級電容器電解液，該電解液包括溶質(zhì)和溶劑；溶質(zhì)為兩種電解質(zhì)鹽，溶劑為兩種以上的有機溶劑；所述兩種電解質(zhì)鹽的一種為鋰鹽，另一種為季銨鹽；所述兩種以上的有機溶劑中的一種溶劑為碳酸丙烯酯，其他溶劑為乙腈、丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、γ-丁內(nèi)酯中的一種或幾種。

本發(fā)明提供的混合型超級電容器電解液，所述鋰鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、高氯酸鋰中的一種或幾種（鋰鹽優(yōu)選六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰中的一種或兩種）。

本發(fā)明提供的混合型超級電容器電解液，所述季銨鹽，其中的陽離子為烷基季銨鹽離子（優(yōu)選四乙基季銨根離子），陰離子為四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子、高氯酸根離子或三甲基磺酸根離子中的一種（優(yōu)選四氟硼酸根離子）。

本發(fā)明提供的混合型超級電容器電解液，所述兩種以上的有機溶劑中的一種溶劑為碳酸丙烯酯，其他溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一種或幾種。

本發(fā)明提供的混合型超級電容器電解液，所述季銨鹽和鋰鹽的濃度范圍均為0.1~2.0mol/L（優(yōu)選0.2~1.2mol/L）。

本發(fā)明采用鋰離子電池和超級電容器常用的電解質(zhì)鹽和溶劑，配制出一種新型的電解液。采用此電解液的混合型超級電容器表現(xiàn)出良好的充放電循環(huán)穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為使用實施例1及比較例1所配制電解液的混合型超級電容器的比容量隨循環(huán)次數(shù)的變化情況；

圖2為使用實施例1及比較例1所配制電解液的混合型超級電容器的的電壓降隨循環(huán)次數(shù)的變化情況；

圖3為使用實施例2所配制電解液的混合型超級電容器的比容量隨循環(huán)次數(shù)的變化情況；

圖4為使用實施例3所配制電解液的混合型超級電容器的比容量隨循環(huán)次數(shù)的變化情況。