[發明專利]一種超級電容器的電解液、制備方法及性能

有效

• 申請號: 202010037475.3
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111223686B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 金鷹;騫偉中;崔超婕;魏少鑫;于翔
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01G11/58
• 分類號: H01G11/58;H01G11/62;H01G11/84
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發明公開了一種超級電容器的電解液、制備方法及性能，所述的電解液由離子液體與高沸點烴類組成，其中離子液體占電解液的質量比為10％?50％；該方法可以用含水量很高的離子液體，直接制備高純度的電解液。該電解液具有成本低、電壓窗口寬、低溫性能與高溫性能均優異等特點。

技術領域

本發明屬于超級電容器技術領域，特別涉及一種超級電容器的電解液、制備方法及性能。

背景技術

雙電層電容器是一種利用在電壓下電荷定向移動儲能的設備，具有功率密度高，使用壽命長、安全的優點，可以用作不穩定電流的儲存(如風能與潮汐能)，以及大型交通工具(如輪船或飛機)的備用照明電源，也可用作電池的調峰值功能使用。但與鋰離子電池相比，電容器的能量密度比較低，在一些比如體積小，重量級的交通工具與移動電子設備方面的應用受到限制。

提高電容器的工作電壓可以顯著提高其工作密度，但工作電壓的提升同時對于其中的電解液與電極材料的穩定性提出了挑戰。目前商用的電容器體系為活性碳與有機電解液。有機電解液由離子液體與溶劑組成，工作電壓窗口一般低于2.7V，最近的研究表明，由于活性碳的氧、氮雜質多，在高于2.5V下分解產氣現象嚴重。同時，有機電解液中含有10PPm左右的水，也會在2.5V以上分解。因此該體系提高電壓的可能空間非常有限。

使用純的離子液體與高純度碳納米材料(如碳納米管、納米碳纖維與石墨烯及其組合)是目前的研究熱點，理論上離子液體的工作電壓可以突破4-4.5V。但由于離子液體的粘度大，離子電導率低，熔點高，導致其幾乎不能在0℃以下的實際工況下使用。有專利報道將碳納米管或石墨烯加入離子液體中可以增加傳導能力與穩定性，但無法改善其低溫性能。也有專利報道將不同的離子液體混合，利用不同的陰陽離子搭配，打破離子的對稱性，從而降低其熔點，可以在-30℃,3-3.5V的條件下使用。但不同離子液體的性能(比如電壓窗口)都需要很高，才可以提高其工作電壓，而在實際中很難選擇。同時這種方法不能打破離子液體中的氫鍵，因而對于降低離子液體中的水含量以及大幅度降低離子液體的粘度等作用不大，應用范圍有限。前期有專利報道了利用低沸點酯類降低離子液體粘度的方法，獲得的復配電解液具有優異的低溫性能。然后低沸點酯類不能提高超級電容器的高溫性能。實際應用中，低溫性能關系到能否順利起動，而高溫性能則關系到是否產氣與器件的安全性，二者的兼顧比較困難。

發明內容

為解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種超級電容器的電解液、制備方法及性能，既保證了電解液的低溫性能，又保證其高溫性能。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種超級電容器的電解液，所述的電解液由離子液體與高沸點烴類組成，其中離子液體占電解液的質量比為10％-50％。

所述的離子液體為四氟硼酸四乙基銨、四氟硼酸四甲基銨、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、N-甲基丁基吡咯烷雙三氟甲磺酰亞胺鹽、N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、三甲基丙銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽、二乙基甲銨乙基甲醚雙三氟甲磺酰亞胺鹽和1-己基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽中的一種或多種。

所述的高沸點烴類的沸點為200-300℃，熔點為-50～-10℃.包括α-甲基萘、β甲基萘、喹啉、異喹啉、吲哚、聯苯、二甲基萘、苊、氧芴和芴中的一種或多種。

所述的超級電容器的電解液的制備方法，步驟如下：