CN102956368A - 电解液及其配制方法 - Google Patents

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Abstract

一种电解液，包括三氟乙酸盐类离子液体及溶于所述三氟乙酸盐类离子液体中的碳酸盐，所述三氟乙酸盐类离子液体与所述碳酸盐的质量比为1∶0.001～1∶0.05。上述电解液，通过加入碳酸盐，碳酸盐能够与三氟乙酸盐类离子液体中的杂质酸的H+发生反应，从而去除三氟乙酸盐类离子液体中的酸，避免酸腐蚀双层电容器的铝箔，能提高使用该三氟乙酸盐类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

电解液及其配制方法
【技术领域】
本发明涉及一种电解液，尤其涉及一种含有三氟乙酸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。三氟乙酸盐类离子液体因为原料成本低，是比较具有开发前景的离子液体电解液之一，然而，三氟乙酸盐类离子液体在制备过程中需要加入酸，因此三氟乙酸盐类离子液体含有较多的酸类杂质，在电化学循环过程中，酸能够腐蚀双层电容器的铝箔，导致使用三氟乙酸盐类离子液体做电解液的双电层电容器的稳定性降低。
【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，包括三氟乙酸盐类离子液体及溶于所述三氟乙酸盐类离子液体中的碳酸盐，所述三氟乙酸盐类离子液体与所述碳酸盐的质量比为1∶0.001～1∶0.05。
在优选的实施例中，所述碳酸盐为Li2CO3或CaCO3。
在优选的实施例中，所述三氟乙酸盐类离子液体由三氟乙酸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的三氟乙酸盐类离子液体和碳酸盐，所述三氟乙酸盐类离子液体中含有不可避免的酸类杂质；
步骤二、向所述三氟乙酸盐类离子液体中加入所述碳酸盐并搅拌溶解。
在优选的实施例中，所述碳酸盐为Li2CO3或CaCO3。
在优选的实施例中，所述三氟乙酸盐类离子液体由三氟乙酸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。
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的三氟乙酸盐类离子液体和碳酸盐；
步骤二、向所述三氟乙酸盐类离子液体中加入所述碳酸盐并搅拌溶解。
在优选的实施例中，所述三氟乙酸盐类离子液体由三氟乙酸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，所述碳酸盐为Li2CO3或CaCO3。
上述电解液，通过加入碳酸盐，碳酸盐能够与三氟乙酸盐类离子液体中的酸类杂质中的H+发生反应，从而去除三氟乙酸盐类离子液体中的酸，避免酸腐蚀双层电容器的铝箔，能提高使用该三氟乙酸盐类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，包括三氟乙酸盐类离子液体及溶于所述三氟乙酸盐类离子液体中的碳酸盐，所述三氟乙酸盐类离子液体与所述碳酸盐的质量比为1∶0.001～1∶0.05。
三氟乙酸盐类离子液体由三氟乙酸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。三氟乙酸盐类离子液体中含有不可避免的酸类杂质。酸类杂质为乙酸、HCl或HBr。
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。
碳酸盐优选为Li2CO3或CaCO3。可以理解，碳酸盐不限于为Li2CO3或CaCO3，只要是能与三氟乙酸盐类离子液体中的杂质酸的H+发生反应即可。
三氟乙酸盐类离子液体与所述碳酸盐的质量比优选为1∶0.005～1∶0.02。
上述电解液，通过加入碳酸盐，碳酸盐与三氟乙酸盐类离子液体中的杂质酸的H+发生反应(MCO3+2H+＝M2++CO2+H2O，其中M为金属)，从而去除三氟乙酸盐类离子液体中的酸，避免酸腐蚀双层电容器的铝箔，能大大提高使用该三氟乙酸盐类离子液体做电解液的双层电容器的稳定性；且碳酸盐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的三氟乙酸盐类离子液体和碳酸盐，三氟乙酸盐类离子液体中含有不可避免的酸类杂质。
三氟乙酸盐类离子液体由三氟乙酸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。
酸类杂质为乙酸、HCl或HBr。
碳酸盐优选为Li2CO3或CaCO3。可以理解，碳酸盐不限于为Li2CO3或CaCO3，只要是能与三氟乙酸盐类离子液体中的杂质酸的H+发生反应即可。
三氟乙酸盐类离子液体与所述碳酸盐的质量比优选为1∶0.005～1∶0.02。
优选的，碳酸盐中CO3 2+与三氟乙酸盐类离子液体中杂质酸的H+的摩尔比为1∶2。配制电解液时，可以先测定三氟乙酸盐类离子液体中H+的浓度(如酸碱滴定法)，进而确定需要加入的碳酸盐的量。
步骤二、向所述三氟乙酸盐类离子液体中加入所述碳酸盐并搅拌溶解。
上述电解液制备时，向三氟乙酸盐类离子液体中加入碳酸盐，使碳酸盐与三氟乙酸盐类离子液体中的杂质酸的H+发生反应，从而去除三氟乙酸盐类离子液体中的H+，避免H+腐蚀双层电容器的铝箔，能大大提高使用该三氟乙酸盐类离子液体做电解液的双层电容器的稳定性；且碳酸盐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的三氟乙酸盐类离子液体和碳酸盐。
三氟乙酸盐类离子液体由三氟乙酸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。
三氟乙酸盐类离子液体中含有不可避免的酸类杂质，酸类杂质为乙酸、HCl或HBr。
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。
碳酸盐优选为Li2CO3或CaCO3。可以理解，碳酸盐不限于为Li2CO3或CaCO3，只要是能与三氟乙酸盐类离子液体中的杂质酸的H+发生反应即可。
三氟乙酸盐类离子液体与所述碳酸盐的质量比优选为1∶0.005～1∶0.02。
优选的，碳酸盐中CO3 2+与三氟乙酸盐类离子液体中杂质酸的H+的摩尔比为1∶2。配制电解液时，可以先测定三氟乙酸盐类离子液体中H+的浓度(如酸碱滴定法)，进而确定需要加入的碳酸盐的量。
步骤二、向三氟乙酸盐类离子液体中加入碳酸盐并搅拌溶解。
上述电解液的配制方法，向三氟乙酸盐类离子液体中加入碳酸盐并搅拌溶解，碳酸盐与三氟乙酸盐类离子液体中的杂质酸的H+发生反应，从而去除三氟乙酸盐类离子液体中的酸，避免酸腐蚀双层电容器的铝箔，能大大提高使用该三氟乙酸盐类离子液体做电解液的双层电容器的稳定性；且碳酸盐的添加能增加使用该电解液的双层电容器的稳定性，成本较低。
以下为实施例部分：
实施例一
将碳酸盐加入三氟乙酸盐类离子液体中，搅拌至溶解可得到电解液。
本实施方式中，碳酸盐为Li2CO3，三氟乙酸盐类离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐，三氟乙酸盐类离子液体与碳酸盐的质量比为1∶0.02。
本实施方式中，配制电解液时，在手套箱中进行，将Li2CO3加入1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐中搅拌10～60分钟使Li2CO3溶于1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐中。
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0～2v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Li2CO3的三氟乙酸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108.30F/g，循环1000次后的比电容为103.15F/g，其保持率为95.24％；而使用未添加Li2CO3的三氟乙酸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108.7F/g，循环1000次后的比电容为83.03F/g，其保持率为76.38％；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Li2CO3的三氟乙酸盐类离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐作为电解液的双层电容器的比电容保持率提高了18.86％，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，将碳酸盐加入三氟乙酸盐类离子液体中，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，碳酸盐、三氟乙酸盐类离子液体、三氟乙酸盐类离子液体与碳酸盐的配比、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下表。
Figure BDA0000084452850000071
Figure BDA0000084452850000081
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碳酸盐的对应的三氟乙酸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。
从上表可以看出，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：包括三氟乙酸盐类离子液体及溶于所述三氟乙酸盐类离子液体中的碳酸盐，所述三氟乙酸盐类离子液体与所述碳酸盐的质量比为1∶0.001～1∶0.05。
2.如权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述碳酸盐为Li2CO3或CaCO3。
3.如权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述三氟乙酸盐类离子液体由三氟乙酸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的三氟乙酸盐类离子液体和碳酸盐，所述三氟乙酸盐类离子液体中含有不可避免的酸类杂质；
步骤二、向所述三氟乙酸盐类离子液体中加入所述碳酸盐并搅拌溶解。
6.如权利要求5所述的电解液，其特征在于：所述碳酸盐为Li2CO3或CaCO3。
7.如权利要求5所述的电解液，其特征在于：所述三氟乙酸盐类离子液体由三氟乙酸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。
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的三氟乙酸盐类离子液体和碳酸盐；
步骤二、向所述三氟乙酸盐类离子液体中加入所述碳酸盐并搅拌溶解。
9.如权利要求8所述的电解液的配制方法，其特征在于：所述三氟乙酸盐类离子液体由三氟乙酸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。
10.如权利要求8所述的电解液的配制方法，其特征在于：所述碳酸盐为Li2CO3或CaCO3。
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