CN103426651A - 双电层电容器用电解液及其制备方法 - Google Patents

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周明杰
邓惠仁
王要兵
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Abstract

本发明涉及一种双电层电容器用电解液，该电解液由季磷盐类离子液体和磷酸三烷基酯混合而成，所述季磷盐类离子液体和所述磷酸三烷基酯的摩尔比为1：0.001到1：0.05。本发明还包括所述双电层电容器用电解液的制备方法。本发明的双电层电容器用电解液及其制备方法，通过在季磷盐类离子液体中混合磷酸三烷基酯，进而增加了季磷盐类离子液体与PP、PE等电容器常用隔膜材料的亲和性，大大降低了双电层电容器的等效内阻，并且本发明的电解液张力小，在注液过程中毛细现象少，能缩短注液时间。

Description

双电层电容器用电解液及其制备方法
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用电解液及其制备方法。
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、节约能源和绿色环保等优点，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中。电解液作为双电层电容器的重要组成部分，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、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。季磷盐为磷离子（PH 4+ ）中的四个氢原子都被烃基取代而生成的化合物，通式R 4 P+X-，其中四个烃基R可以相同，也可以不同，X多为卤素负离子（F-、Cl-、Br-、I-），也可以是酸根等，季磷盐性质与无机铵盐相似，易溶于水，水溶液导电。季磷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，季磷盐类离子液体因为粘度大、与PP、PE等的亲和性小，使得以纯季磷盐类离子液体作电解液的双电层电容器的等效内阻偏大。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种双电层电容器用电解液及其制备方法，通过在季磷盐类离子液体中混合磷酸三烷基酯，从而大大降低双电层电容器的内阻。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种双电层电容器用电解液，其由季磷盐类离子液体和磷酸三烷基酯混合而成，所述季磷盐类离子液体和所述磷酸三烷基酯的摩尔比为1：0.001到1：0.05。
在所述的双电层电容器用电解液中，所述季磷盐类离子液体和所述磷酸三烷基酯的摩尔比优选为1：0.01到1：0.04。
在所述的双电层电容器用电解液中，所述磷酸三烷基酯为磷酸三丁酯、磷酸三戊酯、磷酸三己酯、磷酸三辛酯中的一种。
在所述的双电层电容器用电解液中，所述季磷盐类离子液体由季磷盐类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)亚铵阴离子、三氟乙酸阴离子、三氟甲基磺酸阴离子中的任意一种阴离子构成。
在所述的双电层电容器用电解液中，所述季盐类阳离子是甲基三乙基季磷阳离子、四乙基季磷阳离子，三甲基丙基季磷阳离子中的一种。
本发明的技术方案还涉及一种双电层电容器用电解液的制备方法，包括以下步骤：在手套箱中，将摩尔比为1：0.001到1：0.05的季磷盐类离子液体和磷酸三烷基酯混合，搅拌10~60分钟后，所述磷酸三烷基酯均匀分散于所述季磷盐类离子液体中，得到一种双电层电容器用电解液。
在所述的双电层电容器用电解液的制备方法中，所述季磷盐类离子液体和所述磷酸三烷基酯的摩尔比优选为1：0.01到1：0.04。
在所述的双电层电容器用电解液的制备方法中，所述磷酸三烷基酯为磷酸三丁酯、磷酸三戊酯、磷酸三己酯、磷酸三辛酯中的一种。
在所述的双电层电容器用电解液的制备方法中，所述季磷盐类离子液体由季磷盐类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)亚铵阴离子、三氟乙酸阴离子、三氟甲基磺酸阴离子中的任意一种阴离子构成。
在所述的双电层电容器用电解液的制备方法中，所述季磷盐类阳离子是甲基三乙基季磷阳离子、四乙基季磷阳离子，三甲基丙基季磷阳离子中的一种。
与现有技术相比，本发明的双电层电容器用电解液，由季磷盐类离子液体和磷酸三烷基酯混合而成。季磷盐类离子液体因为粘度大、表面张力大，与PP、PE等隔膜材料的亲和性小，使得以纯季磷盐类离子液体作电解液的双电层电容器的等效内阻偏大。而本发明的的双电层电容器用电解液，在季磷盐类离子液体中加入磷酸三烷基酯之后，因为磷酸三烷基酯是一种非离子表面活性剂，它能增加季磷盐类离子液体与PP、PE等电容器常用隔膜材料的亲和性，从而大大降低了双电层电容器的等效内阻，并且本发明的电解液张力小，在注液过程中毛细现象少，能缩短注液时间。因此本发明的电解液注液时间短，且能大大降低双电层电容器的等效内阻。
附图说明
图1是本发明实施例1的交流阻抗曲线。
具体实施方式
以下结合附图与实施例，对本发明予以进一步地详尽阐述。
对本发明的电解液配制流程和内阻测定方法，如实施例1中所述。
实施例1  配制流程：在手套箱中，将摩尔比为1：0.03的甲基三乙基季磷四氟硼酸盐和磷酸三丁酯混合，搅拌60分钟后，磷酸三丁酯均匀分散于甲基三乙基季磷四氟硼酸盐中，即可得到一种双电层电容器用电解液。
等效内阻的测试：以石墨烯为电极材料，以摩尔比为1：0.03的甲基三乙基季磷四氟硼酸盐和磷酸三丁酯混合液为电解液，以PP或者PE为隔膜，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。
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，该图为复数平面图，图中数据为经过数学模型处理得出的复数，横坐标为实部，纵坐标为虚部，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127Ω，而纯离子液体（具体为甲基三乙基季磷四氟硼酸盐）的等效内阻为153Ω，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甲基三乙基季磷四氟硼酸盐电解液的等效内阻低17.0%。
需要说明的是，等效内阻降低的比率的计算结果为相应实施例中，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未添加磷酸三烷基酯的纯离子液体双电层电容器的等效内阻降低的百分比，即C%=(Ωa-Ωb)/Ωa×100%，其中C%为等效内阻降低的比率，Ωa为纯离子液体的等效内阻，Ωb为添加磷酸三烷基酯后的等效内阻，等效内阻C%数值越大，则说明电解液的效果越好。
实施例2~20：下表1中分别列出实施例2~20中电解液的配置参数和等效内阻测定结果，在对电解液配制流程和内阻测定方法上，实施例2~20重复实施例1中的操作，但用不同的季磷盐类离子液体和磷酸三烷基酯分代替了实施例1中的甲基三乙基季磷四氟硼酸盐和磷酸三丁酯，季磷盐类离子液体和磷酸三烷基酯的摩尔比和搅拌时间参照表1中列出的参数。
表1列出了测试结果。
Figure 2012101473130100002DEST_PATH_IMAGE001
表1中，A表示季磷盐类离子液体，B表示磷酸三烷基酯。从表1中的测试数据可以看出，在季磷盐类离子液体中混合磷酸三烷基酯后，实施例2~20中的电解液的等效内阻均明显降低，也就是说混合磷酸三烷基酯的季磷盐类离子液体较之纯季磷盐类离子液体的内阻大幅度降低，原因在于磷酸三烷基酯是一种非离子表面活性剂，可增加季磷盐类离子液体与PP、PE的亲和性，从而大大降低双电层电容器的等效内阻。除此之外，本发明的电解液张力小，在注液过程中毛细现象少，能缩短注液时间。本发明的电解液的效果显著优于纯季磷盐类离子液体。
从表1中所列测试数据还可以看出：季磷盐类离子液体和磷酸三烷基酯的摩尔比在1：0.01到1：0.04范围值之间的等效内阻均降低最为明显。
上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种双电层电容器用电解液，其特征在于，其由季磷盐类离子液体和磷酸三烷基酯混合而成，所述季磷盐类离子液体和所述磷酸三烷基酯的摩尔比为1：0.001到1：0.05。
2.根据权利要求1所述的双电层电容器用电解液，其特征在于，所述季磷盐类离子液体和所述磷酸三烷基酯的摩尔比优选为1：0.01到1：0.04。
3.根据权利要求2所述的双电层电容器用电解液，其特征在于，所述磷酸三烷基酯为磷酸三丁酯、磷酸三戊酯、磷酸三己酯、磷酸三辛酯中的一种。
4.根据权利要求3所述的双电层电容器用电解液，其特征在于，所述季磷盐类离子液体由季磷盐类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)亚铵阴离子、三氟乙酸阴离子、三氟甲基磺酸阴离子中的任意一种阴离子构成。
5.根据权利要求4所述的双电层电容器用电解液，其特征在于，所述季磷盐类阳离子是甲基三乙基季磷阳离子、四乙基季磷阳离子，三甲基丙基季磷阳离子中的一种。
6.一种双电层电容器用电解液的制备方法，包括以下步骤：在手套箱中，将摩尔比为1：0.001到1：0.05的季磷盐类离子液体和磷酸三烷基酯混合，搅拌10~60分钟后，所述磷酸三烷基酯均匀分散于所述季磷盐类离子液体中，得到一种双电层电容器用电解液。
7.根据权利要求6所述的双电层电容器用电解液的制备方法，其特征在于，所述季磷盐类离子液体和所述磷酸三烷基酯的摩尔比优选为1：0.01到1：0.04。
8.根据权利要求7所述的双电层电容器用电解液的制备方法，其特征在于，所述磷酸三烷基酯为磷酸三丁酯、磷酸三戊酯、磷酸三己酯、磷酸三辛酯中的一种。
9.根据权利要求8所述的双电层电容器用电解液的制备方法，其特征在于，所述季磷盐类离子液体由季磷盐类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)亚铵阴离子、三氟乙酸阴离子、三氟甲基磺酸阴离子中的任意一种阴离子构成。
10.根据权利要求9所述的双电层电容器用电解液的制备方法，其特征在于，所述季磷盐类阳离子是甲基三乙基季磷阳离子、四乙基季磷阳离子，三甲基丙基季磷阳离子中的一种。
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