CN102956365A - 电解液及其配制方法 - Google Patents
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Abstract
一种电解液，包括双氰胺盐类离子液体及溶于所述双氰胺盐类离子液体中的嘧啶类化合物，所述双氰胺盐类离子液体与所述嘧啶类化合物的质量比为1∶0.001～1∶0.05。上述电解液，通过加入嘧啶类化合物，嘧啶类化合物能与双氰胺根阴离子通过电子对形成配合物，抑制双氰胺根阴离子分解，从而能提高使用该离子液体做电解液的双层电容器的稳定性。本发明还提供另一种电解液及该电解液的配制方法。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种电解液，尤其涉及一种含有双氰胺盐类离子液体的电解液及其配制方法。
【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，决定着电容器的等效内阻，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。离子液体作为电解液，具有电化学窗口宽、不挥发、不可燃、热稳定性好等优点。双氰胺盐类离子液体因为合成技术成熟、成本低，是目前最常用的离子液体电解液之一，然而，在电化学循环过程中，双氰胺根容易分解，致使使用双氰胺盐类离子液体做电解液的双电层电容器的稳定性差。
【发明内容】
鉴于上述状况，有必要提供一种可增加双层电容器的稳定性的电解液及其制备方法。
一种电解液，包括双氰胺盐类离子液体及溶于所述双氰胺盐类离子液体中的嘧啶类化合物，所述双氰胺盐类离子液体与所述嘧啶类化合物的质量比为1∶0.001～1∶0.05。
在优选的实施例中，所述嘧啶类化合物为嘧啶或4-甲基嘧啶。
在优选的实施例中，所述双氰胺盐类离子液体由双氰胺根阴离子与咪唑盐类阳离子、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构成。
在优选的实施例中，所述咪唑盐类阳离子为1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子或1-乙基-3-甲基咪唑阳离子，所述季胺盐类阳离子为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，所述吡咯盐类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，所述季膦盐类阳离子为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为丁基吡啶阳离子、戊基吡啶阳离子或己基吡啶阳离子。
一种电解液，包括可由下述化学反应得到的产物：步骤一、提供质量比为1∶0.001～1∶0.05双氰胺盐类离子液体和嘧啶类化合物；步骤二、向所述双氰胺盐类离子液体中加入所述嘧啶类化合物并搅拌溶解。
在优选的实施例中，所述嘧啶类化合物为嘧啶或4-甲基嘧啶。
在优选的实施例中，所述双氰胺盐类离子液体与所述嘧啶类化合物的质量比为1∶0.01～1∶0.05。
一种电解液的配制方法，包括以下步骤：步骤一、提供质量比为1∶0.001～1∶0.05双氰胺盐类离子液体和嘧啶类化合物；步骤二、向所述双氰胺盐类离子液体中加入嘧啶类化合物并搅拌溶解。
在优选的实施例中，所述嘧啶类化合物为嘧啶或4-甲基嘧啶。
在优选的实施例中，所述双氰胺盐类离子液体由双氰胺根阴离子与咪唑盐类阳离子、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构成。
上述电解液，通过加入嘧啶类化合物，嘧啶类化合物能与双氰胺根阴离子通过电子对形成配合物，抑制双氰胺根阴离子分解，从而能大大提高使用该离子液体做电解液的双层电容器的稳定性。
【附图说明】
图1为使用实施例一中的电解液的双层电容器与传统的双层电容器在不同循环次数下的比电容值。
【具体实施方式】
以下结合具体实施例对电解液及其配制方法做进一步详细说明。
一实施方式的电解液，包括双氰胺盐类离子液体及溶于双氰胺盐类离子液体中的嘧啶类化合物，双氰胺盐类离子液体与嘧啶类化合物的质量比为1∶0.001～1∶0.05。
双氰胺盐类离子液体由双氰胺根阴离子与咪唑盐类阳离子、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构成。
优选的，咪唑盐类阳离子为1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子或1-乙基-3-甲基咪唑阳离子。
优选的，季胺盐类阳离子为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。
优选的，吡咯类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。
优选的，季膦盐类阳离子为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。
优选的，吡啶盐类阳离子为丁基吡啶阳离子、戊基吡啶阳离子或己基吡啶阳离子。
嘧啶类化合物为嘧啶及嘧啶衍生物中的一种，优选为嘧啶或4-甲基嘧啶。可以理解，嘧啶类化合物不限于为嘧啶或4-甲基嘧啶，只要嘧啶类化合物能与双氰胺根阴离子通过电子对形成配合物，抑制双氰胺根阴离子分解即可。
离子液体与嘧啶类化合物的质量比优选为1∶0.01～1∶0.05。
上述电解液，通过加入嘧啶类化合物，嘧啶类化合物能与双氰胺根阴离子通过电子对形成配合物，抑制双氰胺根阴离子分解，从而能大大提高使用该离子液体做电解液的双层电容器的稳定性；同时，嘧啶类化合物含有大量离域电子，能增加电解液的导电性；且嘧啶类化合物的添加能增加使用该电解液的双层电容器的稳定性，降低成本。
一实施方式的电解液，包括可由下述化学反应得到的产物：
步骤一、提供质量比为1∶0.001～1∶0.05双氰胺盐类离子液体和嘧啶类化合物。
双氰胺盐类离子液体由双氰胺根阴离子与咪唑盐类阳离子、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构成。
优选的，咪唑盐类阳离子为1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子或1-乙基-3-甲基咪唑阳离子。
优选的，季胺盐类阳离子为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。
优选的，吡咯类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。
优选的，季膦盐类阳离子为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。
优选的，吡啶盐类阳离子为丁基吡啶阳离子、戊基吡啶阳离子或己基吡啶阳离子。
嘧啶类化合物为嘧啶及嘧啶衍生物中的一种，优选为嘧啶或4-甲基嘧啶。可以理解，嘧啶类化合物不限于为嘧啶或4-甲基嘧啶，只要嘧啶类化合物能与双氰胺根阴离子通过电子对形成配合物，抑制双氰胺根阴离子分解即可。
离子液体与嘧啶类化合物的质量比优选为1∶0.01～1∶0.05。
步骤二、向所述双氰胺盐类离子液体中加入嘧啶类化合物并搅拌溶解。
上述电解液，通过加入嘧啶类化合物，嘧啶类化合物能与双氰胺根阴离子通过电子对形成配合物，抑制双氰胺根阴离子分解，从而能大大提高使用该离子液体做电解液的双层电容器的稳定性；同时，嘧啶类化合物含有大量离域电子，能增加电解液的导电性；且嘧啶类化合物的添加能增加使用该电解液的双层电容器的稳定性，降低成本。
一实施方式的电解液的配制方法，包括以下步骤：
步骤一、提供质量比为1∶0.001～1∶0.05的双氰胺盐类离子液体和嘧啶类化合物。
双氰胺盐类离子液体由双氰胺根阴离子与咪唑盐类阳离子、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构成。
优选的，咪唑盐类阳离子为1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子或1-乙基-3-甲基咪唑阳离子。
优选的，季胺盐类阳离子为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。
优选的，吡咯类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。
优选的，季膦盐类阳离子为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。
优选的，吡啶盐类阳离子为丁基吡啶阳离子、戊基吡啶阳离子或己基吡啶阳离子。
嘧啶类化合物为嘧啶及嘧啶衍生物中的一种，优选为嘧啶或4-甲基嘧啶。可以理解，嘧啶类化合物不限于为嘧啶或4-甲基嘧啶，只要嘧啶类化合物能与双氰胺根阴离子通过电子对形成配合物，抑制双氰胺根阴离子分解即可。
离子液体与嘧啶类化合物的质量比优选为1∶0.01～1∶0.05。
步骤二、向双氰胺盐类离子液体中加入嘧啶类化合物并搅拌溶解。
上述电解液的配制方法，通过加入嘧啶类化合物，嘧啶类化合物能与双氰胺根阴离子通过电子对形成配合物，抑制双氰胺根阴离子分解，从而能大大提高使用该离子液体做电解液的双层电容器的稳定性；同时，嘧啶类化合物含有大量离域电子，能增加电解液的导电性；且嘧啶类化合物的添加能增加使用该电解液的双层电容器的稳定性，降低成本。
以下为实施例部分：
实施例一
将嘧啶类化合物加入双氰胺盐类离子液体中，搅拌至溶解可得到电解液。
本实施方式中，嘧啶类化合物为嘧啶，双氰胺盐类离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双氰胺盐，双氰胺盐类离子液体与嘧啶类化合物的质量比为1∶0.05。
本实施方式中，配制电解液时，在手套箱中进行，将嘧啶加入1-丁基-3-甲基咪唑双氰胺盐中搅拌10～60分钟使嘧啶溶于1-丁基-3-甲基咪唑双氰胺盐中。
将上述电解液应用于双层电容器并测定该双层电容器稳定性。
测试稳定性时，以石墨烯为电极材料，使用实施例一制备的电解液，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，测得其比电容保持率，即于30摄氏度条件下，在0～2.5v窗口范围内，以1A/g的恒电流反复充放电1000个循环后的比电容与首次充放电比电容的比值。
请参阅图1，图1为使用本实施例中的电解液的双层电容器与使用未添加嘧啶的双氰胺盐类离子液体作为电解液的双层电容器在不同循环次数下的比电容值。从图1中可以看出，使用本实施例提供的电解液的双层电容器的首次充放电比电容为116.98F/g，循环1000次后的比电容为100.82F/g，其保持率为86.19％；而使用未添加嘧啶的双氰胺盐类离子液体作为电解液的双层电容器的首次充放电比电容为116.62F/g，循环1000次后的比电容为81.73F/g，其保持率为70.13％；使用本实施例的电解液的双层电容器的比电容保持率比同等条件下测得的使用未添加嘧啶的1-丁基-3-甲基咪唑双氰胺盐作为电解液的双层电容器的比电容保持率提高了16.06％，使用本实施例的电解液的双层电容器的稳定性有较大的提高。
实施例二至十八
实施例二至十八中，将嘧啶类化合物加入双氰胺盐类离子液体中，搅拌至溶解可得到电解液。配制电解液时，在手套箱中进行。
实施例二至十八中，嘧啶类化合物、双氰胺盐类离子液体、双氰胺盐类离子液体与嘧啶类化合物的配比、搅拌时间、循环1000次后的比电容保持率及比电容保持率提高的比率参见表1。
表1实施例二至十八中电解液的配比及测试结果
实施例二至十八中，比电容保持率测定条件与实施例一中相同；比电容保持率提高的比率为使用对应实施例的电解液的双层电容器的比电容保持率与同等条件下测得的使用未添加嘧啶类化合物的对应的双氰胺盐类离子液体作为电解液的双层电容器的比电容保持率相比提高的百分比。
从表1可以看出，使用本发明提供的电解液的双层电容器的比电容保持率有较大的提高，使用本发明提供的电解液的双层电容器的稳定性得到了提高。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电解液，其特征在于：包括双氰胺盐类离子液体及溶于所述双氰胺盐类离子液体中的嘧啶类化合物，所述双氰胺盐类离子液体与所述嘧啶类化合物的质量比为1∶0.001～1∶0.05。
2.如权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述嘧啶类化合物为嘧啶或4-甲基嘧啶。
3.如权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述双氰胺盐类离子液体由双氰胺根阴离子与咪唑盐类阳离子、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构成。
4.如权利要求3所述的电解液，其特征在于：所述咪唑盐类阳离子为1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子或1-乙基-3-甲基咪唑阳离子，所述季胺盐类阳离子为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，所述吡咯盐类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，所述季膦盐类阳离子为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为丁基吡啶阳离子、戊基吡啶阳离子或己基吡啶阳离子。
5.一种电解液，其特征在于：包括可由下述化学反应得到的产物：
步骤一、提供质量比为1∶0.001～1∶0.05双氰胺盐类离子液体和嘧啶类化合物；
步骤二、向所述双氰胺盐类离子液体中加入所述嘧啶类化合物并搅拌溶解。
6.如权利要求5所述的电解液，其特征在于：所述嘧啶类化合物为嘧啶或4-甲基嘧啶。
7.如权利要求5所述的电解液，其特征在于：所述双氰胺盐类离子液体与所述嘧啶类化合物的质量比为1∶0.01～1∶0.05。
8.一种电解液的配制方法，包括以下步骤：
步骤一、提供质量比为1∶0.001～1∶0.05的双氰胺盐类离子液体和嘧啶类化合物；
步骤二、向所述双氰胺盐类离子液体中加入嘧啶类化合物并搅拌溶解。
9.如权利要求8所述的电解液的配制方法，其特征在于：所述嘧啶类化合物为嘧啶或4-甲基嘧啶。
10.如权利要求8所述的电解液的配制方法，其特征在于：所述双氰胺盐类离子液体由双氰胺根阴离子与咪唑盐类阳离子、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构成。
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