CN102760577A - 一种双电层电容器电解液以及使用该电解液的双电层电容器 - Google Patents

一种双电层电容器电解液以及使用该电解液的双电层电容器 Download PDF

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Abstract

本发明属于电化学领域，其公开了一种双电层电容器电解液及使用该电解液的电容器；其中，双电层电容器电解液包括质量比为1∶0.001～1∶0.1的离子液体和金属氧化物粉体。本发明提供的电容器用电解液，其由离子液体和金属氧化物粉体混合反应而成，离子液体和金属氧化物粉体混合之后，金属氧化物粉体溶解于离子液体中，变成金属离子，金属离子在双电层电容器的充放电过程中发生氧化还原反应，产生了法拉第电容，从而大大提高了双电层电容器的比电容；并且金属氧化物便宜易得，且不挥发，不会像有机添加剂一样增大易燃易爆的危险系数；因此，本发明安全，便宜，且能大大提高双电层电容器的比容量。

Description

一种双电层电容器电解液以及使用该电解液的双电层电容器
技术领域
本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种双电层电容器电解液。该发明还涉及一种使用该电解液的电容器。
背景技术
双电层电容器是一种新型能量存储装置，具有高功率密度、高循环寿命、快速充放电性能好等优点，被广泛应用于军事领域、移动通讯装置、计算机、以及电动汽车的混合电源等。作为双电层电容器的重要组成部分，电解液对双电层电容器的储电性能有很大影响，决定着电容器的工作电压范围，储电容量及工作温度和工作环境。
离子液体是在室温或接近室温的条件下完全由离子组成的有机液体物质。作为一种新型的电解液，离子液体的出现，大大拓展了双电层电容器的应用领域。它具有电导率高、电化学窗口宽、不挥发、不可燃、热稳定性好等优点。离子液体作为双电层电容器的电解液具有良好的发展前景，然而，纯离子液体在室温条件下的电容量不高。采用添加有机溶剂(乙腈、碳酸丙烯酯、1一丁内酯)的办法达到了提高电容量的目的，却使电容器在使用过程中增加了易燃易爆的危险系数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全可靠、成本低，且能提高双电层电容器比容量的电解液。
本发明的技术方案如下：
一种双电层电容器用电解液，其由离子液体和金属氧化物粉体混合反应而成，离子液体和金属氧化物粉体的质量比为1∶0.001～1∶0.1；优选离子液体和金属氧化物粉体的质量比优选为1∶0.01～1∶0.1；金属氧化物粉体为氧化铜、氧化锰、氧化镍、氧化钴、氧化铁或氧化锌中的任意一种。
其中，所述的离子液体由咪唑阳离子与四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子、乙酸阴离子、甲基硫酸酯阴离子、三氟乙酸阴离子、三氟甲基磺酸阴离子、双氰基胺阴离子或三氟乙酰三氟甲磺酰胺阴离子中的任意一种阴离子构成；且所述的咪唑阳离子是1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子、1-乙基-3-甲基咪唑阳离子中的一种。
其中，所述的离子液体由吡咯阳离子和四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子、乙酸阴离子、甲基硫酸酯阴离子、三氟乙酸阴离子、三氟甲基磺酸阴离子、双氰基胺阴离子或三氟乙酰三氟甲磺酰胺阴离子中的任意一种阴离子构成；且所述的吡咯阳离子是丁基甲基吡咯阳离子、丙基甲基吡咯阳离子、乙基甲基吡咯阳离子中的一种。
其中，离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或丁基甲基吡咯四氟硼酸盐。
本发明的另一目的在于提供一种使用上述电解液的电容器，该电容器为双电层电容器。
本发明提供的电容器用电解液，其由离子液体和金属氧化物粉体混合反应而成，离子液体和金属氧化物粉体混合之后，于真空条件下浸泡一段时间，金属氧化物粉体溶解于离子液体中，变成金属离子，金属离子在双电层电容器的充放电过程中发生氧化还原反应，产生了法拉第电容，从而大大提高了双电层电容器的比电容；并且金属氧化物便宜易得，且不挥发，不会像有机添加剂一样增大易燃易爆的危险系数；因此，本发明安全，便宜，且能大大提高双电层电容器的比容量。
附图说明
图1为采用实施例1中的电解液制得的电容器的充放电曲线。
具体实施方式
一种双电层电容器用电解液，其由离子液体和金属氧化物粉体混合反应而成，离子液体和金属氧化物粉体的质量比为1∶0.001～1∶0.1；优选离子液体和金属氧化物粉体的质量比优选为1∶0.01～1∶0.1。
其中，金属氧化物粉体为氧化铜、氧化锰、氧化镍、氧化钴、氧化铁或、氧化锌中的任意一种。
其中，所述的离子液体由咪唑阳离子与四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子、乙酸阴离子、甲基硫酸酯阴离子、三氟乙酸阴离子、三氟甲基磺酸阴离子、双氰基胺阴离子或三氟乙酰三氟甲磺酰胺阴离子中的任意一种阴离子构成；且所述的咪唑阳离子是1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子、1-乙基-3-甲基咪唑阳离子中的一种。
其中，所述的离子液体由吡咯阳离子和四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子、乙酸阴离子、甲基硫酸酯阴离子、三氟乙酸阴离子、三氟甲基磺酸阴离子、双氰基胺阴离子或三氟乙酰三氟甲磺酰胺阴离子中的任意一种阴离子构成-；且所述的吡咯阳离子是丁基甲基吡咯阳离子、丙基甲基吡咯阳离子、乙基甲基吡咯阳离子中的一种。
其中，离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或丁基甲基吡咯四氟硼酸盐。
本发明的另一目的在于提供一种使用上述电解液的电容器，该电容器为双电层电容器。
本发明提供的电容器用电解液，其由离子液体和金属氧化物粉体混合反应而成，离子液体和金属氧化物粉体混合之后，于真空条件下浸泡一段时间，金属氧化物粉体溶解于离子液体中，变成金属离子，金属离子在双电层电容器的充放电过程中发生氧化还原反应，产生了法拉第电容，从而大大提高了双电层电容器的比电容；并且金属氧化物便宜易得，且不挥发，不会像有机添加剂一样增大易燃易爆的危险系数；因此，本发明安全，便宜，且能大大提高双电层电容器的比容量。
本发明中，双电层电容器比电容的测试：以石墨烯为电极材料，以各实施例为电解液，组装成扣式电池，利用CHI660A电化学工作站对其进行恒流充放电测试，测得其比电容，即于30摄氏度条件下，在0-3v窗口范围内，以1A/g的恒电流反复充放电50个循环后，得到其比电容；比电容的计算公式为C＝dQ/dV＝I/(dV/dt)；其中，I代表放电电流密度，V代表放电电压，t代表放电时间。
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。
实施例1
在手套箱中，将质量比为1∶0.1的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和氧化铜混合，且氧化铜溶于1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐后，得到双电层电容器用电解液。
测试得出应用本实施例中电解液的双电层电容器的比电容为89F/g，比同等条件下测得的应用纯离子液体，即1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐作为电解液的双电层电容器的比电容高73.6％(即比电容比率为73.6％)。
图1为采用实施例1中的电解液制得的电容器的充放电曲线；其中，充放电电压0-3v，充放电电流1A/g。点划线是本实施例的电解液，实线是纯离子液体。
从图1的充放电曲线可以计算出：应用本实施例作电解液的双电层电容器的比电容为89F/g，而应用纯离子液体，即1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐作电解液的双电层电容器的比电容为51.3F/g，测试得出应用本实施例中电解液的双电层电容器的比电容，比同等条件下测得的应用纯离子液体，即1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐作为电解液的双电层电容器的比电容高73.6％。
实施例2～56见下述表单：
Figure BDA0000057918830000051
Figure BDA0000057918830000061
Figure BDA0000057918830000071
注：表中，
1、A表示离子液体，B表示金属氧化物粉体；
2、比电容高出的比率为相应实施例中，应用相应实施例中电解液的双电层电容器的比电容比同等条件下测得的应用纯离子液体作为电解液的双电层电容器的比电容高出的百分比；
3、实施例2～56中，各种制备工艺流程和测试条件与实施例1相同。
应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种双电层电容器电解液，其特征在于，该电解液包括离子液体和金属氧化物粉体，所述离子液体与金属氧化物粉体的质量比为1∶0.001～1∶0.1，所述金属氧化物粉体为氧化铜、氧化锰、氧化镍、氧化钴、氧化铁或氧化锌中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的双电层电容器电解液，其特征在于，所述离子液体与金属氧化物粉体的质量比为1∶0.01～1∶0.1。
3.根据权利要求1所述的双电层电容器电解液，其特征在于，所述离子液体为咪唑阳离子与四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子、乙酸阴离子、甲基硫酸酯阴离子、三氟乙酸阴离子、三氟甲基磺酸阴离子、双氰基胺阴离子或三氟乙酰三氟甲磺酰胺阴离子中的任意一种阴离子组成的离子液体。
4.根据权利要求3所述的双电层电容器电解液，其特征在于，所述咪唑阳离子为1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子或者1-乙基-3-甲基咪唑阳离子中的任一种。
5.根据权利要求1所述的双电层电容器电解液，其特征在于，所述离子液体为吡咯阳离子与四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子、乙酸阴离子、甲基硫酸酯阴离子、三氟乙酸阴离子、三氟甲基磺酸阴离子、双氰基胺阴离子或三氟乙酰三氟甲磺酰胺阴离子中的任意一种阴离子组成的离子液体。
6.根据权利要求5所述的双电层电容器电解液，其特征在于，所述吡咯阳离子为丁基甲基吡咯阳离子、丙基甲基吡咯阳离子或乙基甲基吡咯阳离子中的任一种。
7.根据权利要求1所述的双电层电容器电解液，其特征在于，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。
8.根据权利要求1所述的双电层电容器电解液，其特征在于，所述离子液体为丁基甲基吡咯四氟硼酸盐。
9.一种双电层电容器，其特征在于，该电容器包括权利要求1至8任一所述的电解液。
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