[發明專利]一種超級電容器電解質的水相合成方法

有效

• 申請號: 201310464037.5
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103467309A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 何永剛;楊升;盧建龍;鄒凱;施蘇萍
• 申請（專利權）人: 張家港市國泰華榮化工新材料有限公司
• 主分類號: C07C211/63
• 分類號: C07C211/63;C07C209/68;C07C309/06;C07C303/32;C07C311/48;C07C303/36;H01G11/62
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛;汪青

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種超級電容器電解質的水相合成方法。

背景技術

超級電容器是一種電化學元件，儲能過程并不發生化學反應，且儲能過程是可逆的，因此超級電容器反復充放電可以達到數十萬次，且不會造成環境污染。另外，它具有非常高的功率密度，為二次電池的10～100倍，適用于短時間高功率輸出，充電速度快、模式簡單，可以采用大電流充電，能在幾十秒到數分鐘內完成充電過程，是真正意義上的快速充放電元件。

目前，超級電容器的電解液一般配合使用季銨鹽類電解質。合成該類電解質常用的方法為：使用碳酸單烷基酯的季銨鹽或者鹵素季銨鹽與其他含合適陰離子（如：四氟硼酸、雙三氟甲基磺酰亞胺等）的鹽復分解反應或者鹵素交換生成可用于超級電容器的季銨鹽類電解質粗品，再經過有機溶劑結晶后干燥得到成品。該類方法必須用溶劑結晶的原因是碳酸單烷基酯的季銨鹽的色度較高，直接合成的成品色號不能滿足電解質的要求，且原料中常常帶有雜質離子，故需要結晶工藝來提純。但是溶劑結晶工藝能耗較高，效率較低，所用有機溶劑通常易燃易爆，即不利于生產環境又會帶來安全隱患。但是如何提高工藝效率，改善生產環境這一問題，在本領域中一直懸而未決。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種能耗低的超級電容器電解質的水相合成方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種超級電容器電解質的水相合成方法，包括如下步驟：

（1）將碳酸單烷基酯的季銨鹽溶解在水中，配制成季銨鹽水溶液，然后將粉末狀活性炭加入所述的季銨鹽水溶液中，在20℃～80℃下攪拌脫色10～15小時，然后過濾得到色號合格的碳酸單烷基酯的季銨鹽水溶液；

（2）將步驟（1）得到的色號合格的碳酸單烷基酯的季銨鹽水溶液稀釋后通過混合離子樹脂柱脫除金屬陽離子，得到金屬陽離子合格的碳酸單烷基酯的季銨鹽水溶液；

（3）將純化劑與酸水溶液按質量比為0.01～0.1的比例混合后，通過80～120nm孔徑的聚四氟乙烯膜過濾得到高純酸水溶液；

其中，聚四氟乙烯膜的孔徑過大，則得到的高純酸水溶液的純度達不到要求，如果孔徑過小，則無法過濾；

（4）將步驟（2）得到的金屬陽離子合格的碳酸單烷基酯的季銨鹽水溶液與步驟（3）得到的高純酸水溶液混合，混合后的溶液的pH值為6.5～7.5，得到超級電容器電解質水溶液；

（5）將步驟（4）得到的超級電容器電解質水溶液過濾后，在溫度為70～150℃、真空度為-0.09～-0.097Mpa下進行真空干燥，即得所述的超級電容器電解質；

其中，所述的碳酸單烷基酯的季銨鹽中的陰離子的結構式為陽離子的結構式為其中，R₄、R₅、R₆、R₇、R₈獨立為C₁～C₅的烷基；

具體地，R₅、R₆、R₇、R₈可以任意兩兩相連成環狀，即，所述的碳酸單烷基酯的季銨鹽中的陽離子的結構式可以為其中，R₅、R₆、R₇、R₈獨立為C₁～C₅的烷基。

其中，所述的混合離子樹脂柱為氫型陽離子樹脂與強堿性陰離子樹脂按質量比為1:0.9～1.1的比例混合后放置于容器中制成；

其中，所述的酸水溶液為四氟硼酸、全氟磺酸、全氟烷基磺酰亞胺酸中的任意一種溶解在水中形成的溶液；

具體地，所述的全氟磺酸的結構式為R_l-SO₃H，其中，R₁為氟原子或碳原子數在1到5的飽和全氟烷基；

具體地，所述的全氟烷基磺酰亞胺酸的結構式為其中，R₂、R₃獨立為氟原子或碳原子數在1到5的飽和全氟烷基。

其中，所述的純化劑為氫型陽離子樹脂與粉末狀二氧化硅按質量比為1:0.9～1.1的比例混合制成。

優選地，步驟（1）中的脫色溫度為35～75℃。

具體地，步驟（1）中所述的季銨鹽水溶液的質量濃度為30%～80%。

具體地，步驟（1）中所述的粉末狀活性炭的質量為所述的季銨鹽水溶液的質量的0.4%～15%。