CN102956360A - 一种电容器电解液以及使用该电解液的电容器 - Google Patents

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周明杰
邓惠仁
王要兵
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Abstract

本发明属于电化学领域，其公开了一种电容器电解液及使用该电解液的电容器；其中，该电解液包括摩尔比为1∶0.001～1∶0.01的含醚基离子液体和氟化锂。本发明提供的电容器用电解液，其由含醚基的离子液体和氟化锂混合而成，含醚基的离子液体和氟化锂的摩尔比为1∶0.001到1∶0.1。含醚基的离子液体和氟化锂混合之后，因为含醚基的离子液体的醚基电负性强，能与电负性很弱的锂形成络合物，从而使含醚基的离子液体的离解度增加，从而大幅度提高其电导率，大大降低双电层电容器的等效内阻；并且氟化锂不挥发，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，且能大大降低双电层电容器的等效内阻。

Description

一种电容器电解液以及使用该电解液的电容器
技术领域
本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种电容器电解液。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-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，且能降低电容器等效内阻的电容器电解液。
本发明的技术方案如下：
一种电容器电解液，其由含醚基离子液体和氟化锂，含醚基离子液体与氟化锂的摩尔比为1∶0.001～1∶0.01；优选含醚基离子液体与氟化锂(LiF)的摩尔比为1∶0.001～1∶0.1。
上述电容器电解液中，所述含醚基离子液体为含醚基的季铵阳离子与四氟硼酸阴离子、六氟膦酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子、三氟甲基磺酸阴离子及三氟乙酰三氟甲磺酰胺阴离子中的任意一种组成的离子液体；或者所述含醚基离子液体为含醚基的季膦阳离子与四氟硼酸阴离子、六氟膦酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子、三氟甲基磺酸阴离子及三氟乙酰三氟甲磺酰胺阴离子中的任意一种组成的离子液体。
其中，所述含醚基的季铵阳离子包括N-甲基-N，N-二乙基-N-(2-甲氧基乙基)铵阳离子、N，N-二甲基-N-乙基-N-(2-甲氧基乙基)铵阳离子、N，N-二乙基-N，N-二(2-甲氧基乙基)铵阳离子或者N-甲基-N，N，N-三(2-甲氧基乙基)铵阳离子；所述含醚基的季膦阳离子包括P-甲基-P，P-二丁基-P-(2-甲氧基乙基)膦阳离子、P，P-二甲基-P-丁基-P-(2-甲氧基乙基)膦阳离子或P，P，P-三丁基-P-(2-甲氧基乙基)膦阳离子。
对于上述含醚基离子液体，所述含醚基的季铵阳离子中，优选N-甲基-N，N-二乙基-N-(2-甲氧基乙基)铵；所述含醚基的季膦阳离子中，优选P-甲基-P，P-二丁基-P-(2-甲氧基乙基)；阴离子优选膦四氟硼酸阴离子。这样，所述含醚基离子液体优选N-甲基-N，N-二乙基-N-(2-甲氧基乙基)铵四氟硼酸盐或P-甲基-P，P-二丁基-P-(2-甲氧基乙基)膦四氟硼酸盐。
本发明的另一目的在于提供一种使用上述电容器电解液的电容器，该电容器为双电层电容器。
本发明提供的电容器用电解液，其由含醚基的离子液体和氟化锂混合而成，含醚基的离子液体和氟化锂的摩尔比为1∶0.001到1∶0.1。含醚基的离子液体和氟化锂混合之后，因为含醚基的离子液体的醚基电负性强，能与电负性很弱的锂形成络合物，从而使含醚基的离子液体的离解度增加，从而大幅度提高其电导率，大大降低双电层电容器的等效内阻；并且氟化锂不挥发，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，且能大大降低双电层电容器的等效内阻。
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交流阻抗图谱。
具体实施方式
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，将摩尔比为1∶0.01的N-甲基-N，N-二乙基-N-(2-甲氧基乙基)铵四氟硼酸盐和LiF混合，搅拌20分钟后，LiF溶于N-甲基-N，N-二乙基-N-(2-甲氧基乙基)铵四氟硼酸盐中；此时，得到一种双电层电容器用电解液，即LiF的N-甲基-N，N-二乙基-N-(2-甲氧基乙基)铵四氟硼酸盐电解液。
本实施例中，等效内阻的测试：以石墨烯为电极材料，以各实施例为电解液，组装成电容器，本实施例为扣式电池，利用CHI660A电化学工作站对其进行交流阻抗测试，从交流阻抗谱中科直接读出其等效内阻。
图1为采用实施例1中的电解液制得的电容器的交流阻抗图谱；其中，横坐标为实部，纵坐标为虚部(交流阻抗测出来的数据为经过数学模型处理得出的复数，交流阻抗图谱为复数平面图，实部和虚部分别对应数学模型的实数部分和虚数部分)；从图1中可以看出，本实施例的等效内阻为17Ω，而纯离子液体的等效内阻为62Ω，本实施例的等效内阻比同等条件下，测得的纯离子液体(1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐电解液)的等效内阻低72.6％。
Figure BDA0000084097940000041
Figure BDA0000084097940000051
Figure BDA0000084097940000061
注：表1中：
1、A表示含醚基离子液体，B表示氟化锂(LiF)；
2、等效内阻降低比率为相应实施例中，应用本实施例电解液的双电层电容器的等效内阻比同等条件下测得的应用纯离子液体双电层电容器的等效内阻降低的百分比；
3、实施例2～22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)

1.一种电容器电解液，其特征在于，该电容器电解液包括含醚基离子液体和氟化锂，所述含醚基离子液体与氟化锂的摩尔比为1∶0.001～1∶0.01。
2.根据权利要求1所述的电容器电解液，其特征在于，所述含醚基离子液体与氟化锂的摩尔比为1∶0.001～1∶0.1。
3.根据权利要求1或2所述的电容器电解液，其特征在于，所述含醚基离子液体为含醚基的季铵阳离子与四氟硼酸阴离子、六氟膦酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子、三氟甲基磺酸阴离子及三氟乙酰三氟甲磺酰胺阴离子中的任意一种组成的离子液体。
4.根据权利要求3所述的电容器电解液，其特征在于，所述含醚基的季铵阳离子为N-甲基-N，N-二乙基-N-(2-甲氧基乙基)铵阳离子、N，N-二甲基-N-乙基-N-(2-甲氧基乙基)铵阳离子、N，N-二乙基-N，N-二(2-甲氧基乙基)铵阳离子或者N-甲基-N，N，N-三(2-甲氧基乙基)铵阳离子。
5.根据权利要求4所述的电容器电解液，其特征在于，所述含醚基离子液体为N-甲基-N，N-二乙基-N-(2-甲氧基乙基)铵四氟硼酸盐。
6.根据权利要求1或2所述的电容器电解液，其特征在于，所述含醚基离子液体为含醚基的季膦阳离子与四氟硼酸阴离子、六氟膦酸阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子、三氟甲基磺酸阴离子及三氟乙酰三氟甲磺酰胺阴离子中的任意一种组成的离子液体。
7.根据权利要求5所述的电容器电解液，其特征在于，所述含醚基的季膦阳离子为P-甲基-P，P-二丁基-P-(2-甲氧基乙基)膦阳离子、P，P-二甲基-P-丁基-P-(2-甲氧基乙基)膦阳离子或P，P，P-三丁基-P-(2-甲氧基乙基)膦阳离子。
8.根据权利要求7所述的电容器电解液，其特征在于，所述含醚基离子液体为P-甲基-P，P-二丁基-P-(2-甲氧基乙基)膦四氟硼酸盐。
9.一种电容器，其特征在于，该电容器使用权利要求1所述的电容器电解液。
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