CN102956364B - 一种双电层电容器电解液以及双电层电容器 - Google Patents

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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双电层电容器；其中，该电解液包括摩尔比为1∶0.001～1∶0.05的氟代脂肪酸盐类离子液体和氮杂醚类化物。本发明提供一种双电层电容器用电解液，其由氟代脂肪酸盐类离子液体和氮杂醚类化物混合而成；而氮杂醚类化物能与氟代脂肪酸根形成配合物，从而使氟代脂肪酸盐类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；并且氮杂醚类化物是作为添加剂使用，只需要总质量的5％以内就能达到大幅度提高其电导率的效果，而通过添加有机溶剂来提高电导率将需要大量的有机液体使溶解度低的氟代脂肪酸盐类离子液体溶解，大大节约了电解液的用量成本。

Description

一种双电层电容器电解液以及双电层电容器
技术领域
本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种电解液。该发明还涉及一种使用该电解液的双电层电容器。
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，致使使用纯离子液体做电解液的双电层电容器的等效内阻偏大。氟代脂肪酸盐类离子液体因为容易合成、成本低，是目前最常用的离子液体电解液之一，但因为电阻高，而限制了其作为双电层电容器用电解液的应用，采用添加大量有机溶剂(乙腈、碳酸丙烯酯、1-丁内酯)的办法能达到大大降低双电层电容器等效内阻的目的，却使双电层电容器电解液的用量大大增加，从而增加成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低，且能降低电容器等效内阻的电解液。
一种电解液，包括氟代脂肪酸盐类离子液体和氮杂醚类化物，所述氟代脂肪酸盐类离子液体与氮杂醚类化物的摩尔比为1∶0.001～1∶0.05；优选，所述氟代脂肪酸盐类离子液体与氮杂醚类化物的摩尔比为1∶0.01～1∶0.05。
上述电解液中，所述氟代脂肪酸盐类离子液体中，阳离子选自咪唑盐类阳离子、季胺盐类阳离子、吡咯盐类阳离子、季膦盐类阳离子或吡啶盐类阳离子，阴离子为三氟乙酸阴离子或全氟丙酸阴离子；其中：
所述咪唑盐类阳离子选自1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子或1-乙基-3-甲基咪唑阳离子；
所述季胺盐类阳离子选自甲基三乙基季胺阳离子、四乙基季胺阳离子或三甲基丙基季胺阳离子；
所述吡咯类阳离子选自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；
所述季膦盐类阳离子选自三甲基己基季膦阳离子、三乙基己基季膦阳离子或三甲基戊基季膦阳离子；
所述吡啶盐类阳离子选自丁基吡啶阳离子、戊基吡啶阳离子或己基吡啶阳离子。
上述电解液中，所述氮杂醚类化物选自三(六氟异丙氧基)胺(即[(CF3)2CHO]3N)或三全氟苯氧基胺(即(C6F5O)3N)。
本发明的另一目的在于提供一种双电层电容器，该双电层电容器使用本发明提供的上述电解液。
本发明提供一种双电层电容器用电解液，其由氟代脂肪酸盐类离子液体和氮杂醚类化物混合而成；而氮杂醚类化物能与氟代脂肪酸根形成配合物，从而使氟代脂肪酸盐类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；并且氮杂醚类化物是作为添加剂使用，只需要总质量的5％以内就能达到大幅度提高其电导率的效果，而通过添加有机溶剂来提高电导率将需要大量的有机液体使溶解度低的氟代脂肪酸盐类离子液体溶解，大大节约了电解液的用量成本。
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∶0.05的1-丁基-3-甲基咪唑三氟乙酸和[(CF3)2CHO]3N混合，搅拌25分钟后，[(CF3)2CHO]3N溶于1-丁基-3-甲基咪唑三氟乙酸中；此时，得到一种双电层电容器用电解液，即含[(CF3)2CHO]3N的1-丁基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐电解液。
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，本实施例中为扣式电池，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，本发明实施例1的等效内阻为33Ω，而纯离子液体的等效内阻为119Ω，本发明实施例1的等效内阻比同等条件下测得的纯离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐电解液的等效内阻低72.3％。
实施例2～42见下述表1

Claims (9)

1.一种双电层电容器电解液，其特征在于，该双电层电容器电解液包括氟代脂肪酸盐类离子液体和氮杂醚类化物，所述氟代脂肪酸盐类离子液体与氮杂醚类化物的摩尔比为1:0.001～1:0.05；
所述氟代脂肪酸盐类离子液体中，阳离子选自咪唑盐类阳离子、季胺盐类阳离子、吡咯盐类阳离子、季膦盐类阳离子或吡啶盐类阳离子，阴离子为三氟乙酸阴离子或全氟丙酸阴离子。
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，所述氟代脂肪酸盐类离子液体与氮杂醚类化物的摩尔比为1:0.01～1:0.05。
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，所述咪唑盐类阳离子选自1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子或1-乙基-3-甲基咪唑阳离子。
4.根据权利要求1所述的双电层电容器电解液，其特征在于，所述季胺盐类阳离子选自甲基三乙基季胺阳离子、四乙基季胺阳离子或三甲基丙基季胺阳离子。
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，所述吡咯类阳离子选自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。
6.根据权利要求1所述的双电层电容器电解液，其特征在于，所述季膦盐类阳离子选自三甲基己基季膦阳离子、三乙基己基季膦阳离子或三甲基戊基季膦阳离子。
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，所述吡啶盐类阳离子选自丁基吡啶阳离子、戊基吡啶阳离子或己基吡啶阳离子。
8.根据权利要求1或2所述的双电层电容器电解液，其特征在于，所述氮杂醚类化物选自三(六氟异丙氧基)胺或三全氟苯氧基胺。
9.一种双电层电容器，其特征在于，该双电层电容器使用权利要求1所述的双电层电容器电解液。
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