CN103426652A - 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，所述电解液由季铵盐类离子液体和烷基酚聚氧乙烯醚混合而成，所述季铵盐类离子液体和所述烷基酚聚氧乙烯醚的摩尔比为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，在季铵盐类离子液体中加入了烷基酚聚氧乙烯醚，进而增加了季铵盐类离子液体与电极材料的润湿性，使电解液粒子进入到电极材料的较小孔中，增加了电极材料比表面积的利用率，大大增加了双电层电容器的比电容。

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。季铵盐为铵离子（NH 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 N+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，季铵盐性质与无机铵盐相似，易溶于水，水溶液导电。季铵盐类离子液体因为原料成本低，电压窗口宽，是比较具有开发前景的离子液体电解液之一。然而，季铵盐类离子液体粒径大，表面张力大，从而影响双电层电容器电极材料比表面积的利用率，使以纯季铵盐类离子液体作电解液的双电层电容器的比电容偏小。
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，通过在季铵盐类离子液体中混合烷基酚聚氧乙烯醚，增加了电极材料比表面积的利用率，大大提升了双电层电容器的比电容。
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，其由季铵盐类离子液体和烷基酚聚氧乙烯醚混合而成，所述季铵盐类离子液体和所述烷基酚聚氧乙烯醚的摩尔比为1：0.001到1：0.05。
在所述的双电层电容器用电解液中，所述季铵盐类离子液体和所述烷基酚聚氧乙烯醚的摩尔比优选为1：0.01到1：0.04。
在所述的双电层电容器用电解液中，所述烷基酚聚氧乙烯醚为己烷基酚聚氧乙烯醚、庚烷基酚聚氧乙烯醚、辛烷基酚聚氧乙烯醚、壬烷基酚聚氧乙烯醚中的一种。
在所述的双电层电容器用电解液中，所述季铵盐类离子液体由季铵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，所述季铵盐类阳离子为甲基三乙基季铵阳离子、四乙基季铵阳离子，三甲基丙基季铵阳离子中的一种。
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烷基酚聚氧乙烯醚混合，搅拌10~60分钟后，所述烷基酚聚氧乙烯醚均匀分散于所述季磷盐类离子液体中，得到所述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，所述季铵盐类离子液体和所述烷基酚聚氧乙烯醚的摩尔比优选为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，所述烷基酚聚氧乙烯醚为己烷基酚聚氧乙烯醚、庚烷基酚聚氧乙烯醚、辛烷基酚聚氧乙烯醚、壬烷基酚聚氧乙烯醚中的一种。
在所述的双电层电容器用电解液的制备方法中，所述季铵盐类离子液体由季铵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，所述季铵盐类阳离子为甲基三乙基季铵阳离子、四乙基季铵阳离子、三甲基丙基季铵阳离子中的一种。
与现有技术相比，本发明的双电层电容器用电解液，由季铵盐类离子液体和烷基酚聚氧乙烯醚混合而成。季铵盐类离子液体因为粒径大，表面张力大，从而影响双电层电容器电极材料比表面积的利用率，使得以纯季铵盐类离子液体作电解液的双电层电容器的比电容小。而本发明的的双电层电容器用电解液，在季铵盐类离子液体中加入烷基酚聚氧乙烯醚之后，可增加季铵盐类离子液体与电极材料的润湿性，使电解液粒子进入到电极材料的较小孔中，增加了电极材料比表面积的利用率，进而大大增加了双电层电容器的比电容。因此，本发明的电解液能大大提高双电层电容器的比电容。
附图说明
图1是本发明实施例1的充放电曲线。
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比电容的测定方法，如实施例1中所述。
实施例1：  电解液配制流程：在手套箱中，将摩尔比为1：0.03的甲基三乙基季铵四氟硼酸盐和己烷基酚聚氧乙烯醚混合，搅拌60分钟后，己烷基酚聚氧乙烯醚会均匀分散于甲基三乙基季铵四氟硼酸盐中，即可得到一种双电层电容器用电解液。
比电容的测试方法：以高比表面积活性炭为电极材料，以摩尔比为1：0.03的甲基三乙基季铵四氟硼酸盐液体和己烷基酚聚氧乙烯醚混合液体为电解液，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，测得其比容量，即于30摄氏度条件下，在0-3v窗口范围内，以1A/g的恒电流反复充放电50个循环后，得到其比电容。
图1为采用实施例1中的电解液制得的电容器的充放电曲线，横坐标表示时间，纵坐标表示电压。从图1的充放电曲线可以得出应用本发明作电解液的双电层电容器的比电容为75F/g，而应用纯离子液体甲基三乙基季铵四氟硼酸盐作电解液的双电层电容器的比电容为60F/g，测得应用本实施例1的电解液的双电层电容器的比电容比同等条件下测得的应用纯离子液体甲基三乙基季铵四氟硼酸盐电解液的比电容高25.0%。
需要说明的是，比电容提高的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比电容比同等条件下测得的应用未添加烷基酚聚氧乙烯醚的离子液体双电层电容器的比电容提高的百分比，即C%=( Cb-Ca)/ Ca×100%，其中C%为比电容提高的比率，Ca为纯离子液体的比电容，Cb为添加烷基酚聚氧乙烯醚后的比电容，比电容提高比率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比电容测定结果，在对电解液配制流程和比电容的测定方法上，实施例2~20重复实施例1中的操作，但用不同季铵盐类离子液体和烷基酚聚氧乙烯醚分代替了实施例1中的甲基三乙基季铵四氟硼酸盐液体和己烷基酚聚氧乙烯醚，季铵盐类离子液体和烷基酚聚氧乙烯醚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 201210147315X100002DEST_PATH_IMAGE002
表1中，A表示季铵盐类离子液体，B表示烷基酚聚氧乙烯醚。从表1中的测试数据可以看出，在季铵盐类离子液体中混合烷基酚聚氧乙烯醚后，实施例2~20中的电解液的比电容明显增加，也就是说混合烷基酚聚氧乙烯醚的季铵盐类离子液体较之纯季铵盐类离子液体的比电容大幅度增加，原因在于烷基酚聚氧乙烯醚可增加季铵盐类离子液体与电极材料的润湿性，使电解液粒子进入到电极材料的较小孔中，增加了电极材料比表面积的利用率，进而大大增加了双电层电容器的比电容。本发明的电解液的效果显著优于纯季铵盐类离子液体。
从表1中所列测试数据还可以看出：季铵盐类离子液体和烷基酚聚氧乙烯醚的摩尔比在1：0.01到1：0.04范围值之间的比电容增加最为明显。
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，其由季铵盐类离子液体和烷基酚聚氧乙烯醚混合而成，所述季铵盐类离子液体和所述烷基酚聚氧乙烯醚的摩尔比为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，所述季铵盐类离子液体和所述烷基酚聚氧乙烯醚的摩尔比优选为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，所述烷基酚聚氧乙烯醚为己烷基酚聚氧乙烯醚、庚烷基酚聚氧乙烯醚、辛烷基酚聚氧乙烯醚、壬烷基酚聚氧乙烯醚中的一种。
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，所述季铵盐类离子液体由季铵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，所述季铵盐类阳离子为甲基三乙基季铵阳离子、四乙基季铵阳离子、三甲基丙基季铵阳离子中的一种。
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烷基酚聚氧乙烯醚混合，搅拌10~60分钟后，所述烷基酚聚氧乙烯醚均匀分散于所述季磷盐类离子液体中，得到所述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，所述季铵盐类离子液体和所述烷基酚聚氧乙烯醚的摩尔比优选为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，所述烷基酚聚氧乙烯醚为己烷基酚聚氧乙烯醚、庚烷基酚聚氧乙烯醚、辛烷基酚聚氧乙烯醚、壬烷基酚聚氧乙烯醚中的一种。
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，所述季铵盐类离子液体由季铵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，所述季铵盐类阳离子为甲基三乙基季铵阳离子、四乙基季铵阳离子、三甲基丙基季铵阳离子中的一种。
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