CN103377834A - 一种双电层电容器电解液 - Google Patents

一种双电层电容器电解液 Download PDF

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Abstract

本发明属于电解液领域，其公开了一种双电层电容器电解液，其特征在于，包括质量比为1∶0.001～0.01的离子液体和钛酸钡；离子液体为咪唑阳离子或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、双氰基胺阴离子及三氟乙酰三氟甲磺酰胺阴离子中的任一阴离子组成。本发明提供的双电层电容器电解液，其由离子液体和钛酸钡混合而成，离子液体的阴离子能被钛酸钡吸附，钛酸钡的存在能促进离子液体的有效解离，增加离子液体的迁移数，从而大大降低双电层电容器的等效内阻；并且钛酸钡不挥发，不会增大易燃易爆的危险系数。

Description

一种双电层电容器电解液
技术领域
本发明涉及电解液领域，尤其涉及一种双电层电容器电解液。
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，离子液体的出现，大大拓展了双电层电容器的应用领域。它具有电化学窗口宽、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，由于纯离子液体在室温条件下解离系数小，其电导率不高，倍率性能不好，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。采用添加有机溶剂(乙腈、碳酸丙烯酯、1一丁内酯)的办法能达到降低双电层电容器等效内阻的目的，却使双电层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
基于上述问题，本发明提供一种双电层电容器电解液，该双电层电容器电解液使用安全且能大大降低双电层电容器的等效内阻。
本发明的技术方案如下：
一种双电层电容器电解液，其由离子液体和钛酸钡混合而成，离子液体和钛酸钡的质量比为1∶0.001～0.01；其中，所述的离子液体为咪唑阳离子或吡咯阳离子分别与四氟硼酸阴离子、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、双氰基胺阴离子及三氟乙酰三氟甲磺酰胺阴离子中的任一阴离子组成。
上述双电层电容器电解液中，离子液体和钛酸钡的质量比优选为1∶0.005～0.01。
上述双电层电容器电解液中，咪唑阳离子是1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子或1-乙基-3-甲基咪唑阳离子；吡咯阳离子是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。
本发明提供一种双电层电容器电解液，其由离子液体和钛酸钡混合而成，离子液体和钛酸钡混合之后，离子液体的阴离子能被钛酸钡吸附，从而钛酸钡的存在能促进离子液体的有效解离，增加离子液体的迁移数，从而大大降低双电层电容器的等效内阻；并且钛酸钡不挥发，不会像有机添加剂一样增大易燃易爆的危险系数；因此，电解液安全，且能大大降低双电层电容器的等效内阻。
附图说明
图1为实施例1制得的双电层电容器电解液与纯离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸电解液测得的交流阻抗曲线对比图。
具体实施方式
本发明提供的一种双电层电容器电解液，其由离子液体和钛酸钡混合而成，离子液体和钛酸钡的质量比为1∶0.001～0.01；其中，所述的离子液体为咪唑阳离子或吡咯阳离子分别与四氟硼酸阴离子、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、双氰基胺阴离子及三氟乙酰三氟甲磺酰胺阴离子中的任一阴离子组成。
上述双电层电容器电解液中，离子液体和钛酸钡的质量比优选为1∶0.005～0.01。
上述双电层电容器电解液中，咪唑阳离子是1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子或1-乙基-3-甲基咪唑阳离子；吡咯阳离子是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。
在上述双电层电容器电解液的离子液体中，当阴离子与阳离子组合后，形成的盐类化合物分别为：
1、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐；1-乙基-3-甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺盐；1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐；1-乙基-3-甲基咪唑甲基硫酸酯盐；1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐；1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐；1-乙基-3-甲基咪唑双氰基胺盐；1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酰三氟甲磺酰胺盐；
2、1-丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；1-丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐；1-丙基-3-甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺盐；1-丙基-3-甲基咪唑乙酸盐；1-丙基-3-甲基咪唑甲基硫酸酯盐；1-丙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐；1-丙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐；1-丙基-3-甲基咪唑双氰基胺盐；1-丙基-3-甲基咪唑三氟乙酰三氟甲磺酰胺盐；
3、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐；1-乙基-3-甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺盐；1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐；1-乙基-3-甲基咪唑甲基硫酸酯盐；1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐；1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐；1-乙基-3-甲基咪唑双氰基胺盐；1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酰三氟甲磺酰胺盐；
4、丁基甲基吡咯四氟硼酸盐；丁基甲基吡咯六氟磷酸盐；丁基甲基吡咯二(三氟甲基磺酰)亚胺盐；丁基甲基吡咯乙酸盐；丁基甲基吡咯甲基硫酸酯盐；丁基甲基吡咯三氟乙酸盐；丁基甲基吡咯三氟甲基磺酸盐；丁基甲基吡咯双氰基胺盐；丁基甲基吡咯三氟乙酰三氟甲磺酰胺盐；
5、丙基甲基吡咯四氟硼酸盐；丙基甲基吡咯六氟磷酸盐；丙基甲基吡咯二(三氟甲基磺酰)亚胺盐；丙基甲基吡咯乙酸盐；丙基甲基吡咯甲基硫酸酯盐；丙基甲基吡咯三氟乙酸盐；丙基甲基吡咯三氟甲基磺酸盐；丙基甲基吡咯双氰基胺盐；丙基甲基吡咯三氟乙酰三氟甲磺酰胺盐；
6、乙基甲基吡咯四氟硼酸盐；乙基甲基吡咯六氟磷酸盐；乙基甲基吡咯二(三氟甲基磺酰)亚胺盐；乙基甲基吡咯乙酸盐；乙基甲基吡咯甲基硫酸酯盐；乙基甲基吡咯三氟乙酸盐；乙基甲基吡咯三氟甲基磺酸盐；乙基甲基吡咯双氰基胺盐；乙基甲基吡咯三氟乙酰三氟甲磺酰胺盐。
在上述双电层电容器电解液中，离子液体优选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。
本发明提供一种双电层电容器电解液，其由离子液体和钛酸钡混合而成，离子液体和钛酸钡混合之后，离子液体的阴离子能被钛酸钡吸附，从而钛酸钡的存在能促进离子液体的有效解离，增加离子液体的迁移数，从而大大降低双电层电容器的等效内阻；并且钛酸钡不挥发，不会像有机添加剂一样增大易燃易爆的危险系数；因此，电解液安全，且能大大降低双电层电容器的等效内阻。
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。
下述各实施例中，等效内阻的测试：以石墨烯为电极材料，以各实施例制得双电层电容器电解液为电解液，组装成扣式电池，利用CHI660A电化学工作站对其进行交流阻抗测试获得。
实施例1
在手套箱中，将质量比为1∶0.01的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸和钛酸钡混合。搅拌30分钟后，钛酸钡溶于1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸，得到双电层电容器用电解液。
图1为实施例1制得的双电层电容器电解液与纯离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸作为电解液测得的交流阻抗曲线对比图；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)；实线为纯离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸作为电解液的交流阻抗曲线，虚线为实施例1制得的双电层电容器电解液作为电解液的交流阻抗曲线；
从图1中交流阻抗曲线可以看出，实施例1制得的双电层电容器电解液作为电解液的等效内阻为48Ω，而纯离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸作为电解液的等效内阻为67Ω；因此，等效内阻比同等条件下低28.4％。
实施例2
在手套箱中，将质量比为1∶0.001的丁基甲基吡咯四氟硼酸和钛酸钡混合。搅拌10分钟后，钛酸钡溶于丁基甲基吡咯四氟硼酸，得到双电层电容器用电解液。
本实施例的双电层电容器电解液作为电解液的等效内阻为49Ω，而纯离子液体丁基甲基吡咯四氟硼酸作为电解液的等效内阻为60Ω；因此，等效内阻比同等条件下低17.8％。
实施例3
在手套箱中，将质量比为1∶0.002的1-丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸和钛酸钡混合。搅拌20分钟后，钛酸钡溶于1-丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸，得到双电层电容器用电解液。
本实施例的双电层电容器电解液作为电解液的等效内阻为51Ω，而纯离子液体1-丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸作为电解液的等效内阻为64Ω；因此，等效内阻比同等条件下低20.2％。
实施例4
在手套箱中，将质量比为1∶0.005的丙基甲基吡咯二(三氟甲基磺酰)亚胺和钛酸钡混合。搅拌40分钟后，钛酸钡溶于丙基甲基吡咯二(三氟甲基磺酰)亚胺，得到双电层电容器用电解液。
本实施例的双电层电容器电解液作为电解液的等效内阻为46Ω，而纯离子液体丙基甲基吡咯二(三氟甲基磺酰)亚胺作为电解液的等效内阻为63.4Ω；因此，等效内阻比同等条件下低27.4％。
实施例5
在手套箱中，将质量比为1∶0.008的1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸和钛酸钡混合。搅拌50分钟后，钛酸钡溶于1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸，得到双电层电容器用电解液。
本实施例的双电层电容器电解液作为电解液的等效内阻为50Ω，而纯离子液体1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸作为电解液的等效内阻为69.2Ω；因此，等效内阻比同等条件下低27.7％。
实施例6
在手套箱中，将质量比为1∶0.01的乙基甲基吡咯三氟乙酰三氟甲磺酰胺和钛酸钡混合。搅拌60分钟后，钛酸钡乙基甲基吡咯三氟乙酰三氟甲磺酰胺，得到双电层电容器用电解液。
本实施例的双电层电容器电解液作为电解液的等效内阻为55Ω，而纯离子液体乙基甲基吡咯三氟乙酰三氟甲磺酰胺作为电解液的等效内阻为71.2Ω；因此，等效内阻比同等条件下低22.8％。
实施例7-54
Figure BDA0000155684930000071
Figure BDA0000155684930000091
Figure BDA0000155684930000101
注：表中，
1、A表示离子液体，B表示钛酸钡颗粒；
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7～54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 (4)

1.一种双电层电容器电解液，其特征在于，包括质量比为1∶0.001～0.01的离子液体和钛酸钡；所述离子液体为咪唑阳离子或吡咯阳离子分别与四氟硼酸阴离子、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、双氰基胺阴离子及三氟乙酰三氟甲磺酰胺阴离子中的任一阴离子组成。
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，所述离子液体和钛酸钡的质量比为1∶0.005～0.01。
3.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1-乙基-3-甲基咪唑阳离子。
4.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。
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