[發明專利]一種用于超級電容器的有機電解液及超級電容器

有效

• 申請號: 201610871313.3
• 申請日: 2016-09-29
• 公開（公告）號: CN107887176B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 石橋;向曉霞
• 申請（專利權）人: 深圳新宙邦科技股份有限公司
• 主分類號: H01G11/58
• 分類號: H01G11/58;H01G11/62;H01G11/64
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇

本發明公開了一種用于超級電容器的有機電解液及超級電容器，該有機電解液包括有機電解質、質子惰性溶劑和添加劑，其中有機電解質的陽離子為N,N?二甲基吡咯烷陽離子，陰離子為四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子、雙(三氟甲基磺酰)根離子、雙(氟磺酰)根離子中的至少一種；添加劑選自如下(1)式所示的化合物中的至少一種：其中，R₁～R₆中有1～3個為含氟的烷基或氟；其余的為含1～5個碳原子的烷基或氫。本發明的有機電解液具有良好的浸潤性，具有電導率高、分解電壓高的優勢。

技術領域

本發明涉及電化學領域，尤其涉及一種用于超級電容器的有機電解液及使用該有機電解液的超級電容器。

背景技術

超級電容器，也稱作金電容、電化學電容器，采用離子吸附(雙電層電容器)或者表面快速氧化還原反應(贗電容器)來存儲能量。超級電容器是一種介于電池與傳統靜電電容器之間的新型儲能器件。超級電容器存儲的電荷是傳統固態電解電容的成百或上千倍，能在數秒內完全充放電，具有比電池更高的功率輸入和輸出，且能在更短的時間內達到。同時，超級電容器具有充放電時間短、儲存壽命長、穩定性高、工作溫度范圍寬(-40℃～70℃)等優點，因而廣泛應用于消費類電子產品領域、新能源發電系統領域、分布式儲能系統領域、智能分布式電網系統領域、新能源汽車等交通領域、節能電梯吊車等負載領域、電磁炸彈等軍用設備領域和運動控制領域等，涉及新能源發電、智能電網、新能源汽車、節能建筑、工業節能減排等各個行業，屬于標準的全系列低碳經濟核心產品。

超級電容器作為新能源領域中最具有前景的儲能裝置之一，目前已成為美國、日本、韓國和俄羅斯等國家在材料、電力、物理、化學等多學科交叉領域研究的熱點之一。主要研究目標是制備性能優良和低成本電極材料；和電導率高、化學和熱穩定性好、工作電壓高(電化學穩定窗口寬)的電解液體系材料，并在此基礎上制備高能量密度、高功率密度和使用壽命長的可用于各種電動混合汽車混合動力系統和電子設備的后備電源等方面的超級電容器儲能器件。

由于碳酸丙烯酯和乙腈具有較好的電化學和化學穩定性以及對有機季銨鹽類較好的溶解性，被廣泛應用于超級電容器的電解液體系中。目前商業化的超級電容器電解液主要采用四乙基四氟硼酸銨(Et₄NBF₄)或甲基三乙基四氟硼酸銨(Et₃MeNBF₄)的乙腈(AN)或碳酸丙烯酯(PC)的溶液。AN體系超級電容器的電壓上限僅為2.7V，工作溫度范圍為-40℃～65℃；PC體系超級電容器的電壓上限僅為2.5V，工作溫度范圍為-40℃～70℃。隨著超容市場的發展，為了安全起見和增加市場競爭能力，目前的常規電解液已經不能滿足客戶對超級電容器的耐高溫、耐高壓性能的要求。常規電解液在高電壓、高溫下工作會引起電解液的電化學分解，導致電容器內壓力顯著增大，電化學性能明顯降低，最終導致電容器失效。因此環丁砜正逐步應用于超級電容器的電解液體系中，但是環丁砜的凝固點高，在室溫下難以使用，且單獨使用環丁砜的電解液在-20℃時凝固，用其制備的超級電容器-20℃不具備充放電性能。

電解液的浸潤性是超級電容器的制備工藝過程中影響電芯含浸質量的關鍵因素。目前商業化常用的溶劑體系為AN體系、PC體系、環丁砜體系及它們的混合體系。由于AN的粘度小，AN體系電解液一般不會出現含浸困難的問題；PC體系電解液的粘度比AN體系大，因此PC體系電解液的含浸時間一般長于AN體系。而環丁砜體系電解液的粘度明顯增加，可以達到PC體系電解液的3-5倍，因此含浸問題特別明顯。通常情況下，采用抽真空的工藝，能明顯縮短電芯的含浸時間，但是長時間抽真空工藝，就有電解液成分變化大及電解液水分指標超標的顧慮，因此超級電容器制造廠家希望通過改善電解液本身特性導致的含浸困難問題。

為了追求3.0V及以上高電壓，我們發現N,N-二甲基吡咯烷陽離子電解質鹽的高電壓性能極好(詳見專利104979102A)，但是含有N,N-二甲基吡咯烷陽離子電解質鹽的電解液仍存在浸潤性差的問題。

發明內容