CN107564735A - 超级电容器用的阻燃有机电解液、其制备方法及超级电容器 - Google Patents

超级电容器用的阻燃有机电解液、其制备方法及超级电容器 Download PDF

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Abstract

一种超级电容器用的阻燃有机电解液，其由电解质盐、非水有机溶剂和功能助剂组成，上述的电解质盐为四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵，所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ‑丁内酯，所述的功能助剂为氟代磷腈化合物。本发明采用适当的质子惰性有机溶剂组成提高了电解质盐在其中的溶解和解离能力，改善电解液的离子电导性能，降低有机电解液的内阻，提高了电解液的电化学稳定窗口，从而使所得的电解液具有良好的电化学稳定性、化学稳定性性及充放电循环稳定性；阻燃剂氟代磷腈化合物采用对电解液电性能影响较小的低添加量，不但对电解液粘度影响较小，即可实现较好的阻燃效果。

Description

超级电容器用的阻燃有机电解液、其制备方法及超级电容器
技术领域
本发明涉及电化学材料领域，尤其是涉及一种超级电容器用的阻燃有机电解液、其制备方法及超级电容器。
背景技术
超级电容器是一种极具市场竞争力的储能产品，可以实现快速充电、大电流放电，且具有十万次以上的充电寿命，在一些需要短时高倍率放电的应用中占有极重要的地位。
超级电容器主要由电极材料、集流体、隔膜和电解液组成，作为超级电容器的重要组成部分，由溶剂和电解质盐构成的电解液是极为重要的研究领域，不同类型的电解液往往对超级电容器性能产生较大影响，寻找合适的电解液是超级电容器目前研究的重点之一。电解液的稳定性、分解电压、粒子直径、电负性等是影响超级电容器性能的重要因素。
超级电容器的使用性能要求电解液具备较高的的电化学稳定性、化学稳定性性及充放电循环稳定性。为了获得较高的工作电压和能量密度，有机电解液的使用非常广泛。有机超级电容器电解液多采用高介电常数的质子惰性液体作为溶剂，然而这些溶剂闪电较低，在超级电容器快速充放电及高温环境下使用时，容易发热起火，进而有较高安全隐患，但是现有的电解液中获得较好阻燃效果的阻燃剂添加量在20wt%左右，这样的添加使得电解液粘度较高，严重影响了电解液的电性能。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种超级电容器用的电性能和阻燃性良好的有机电解液、其制备方法及超级电容器。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种超级电容器用的阻燃有机电解液，其由电解质盐、非水有机溶剂和功能助剂组成，上述的电解质盐为四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵，所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯，所述的功能助剂为氟代磷腈化合物。
进一步地，所述的四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵的质量份比为2~4:1。
进一步地，所述的电解质盐在电解液中的摩尔浓度为0.6~2mol/L。
进一步地，所述的碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯的质量份比为4~6:2~4:1~3:1。
进一步地，所述的功能助剂在非水有机溶剂中的质量百分比为2~4%。
所述的一种超级电容器用的阻燃有机电解液的制备方法，其具体步骤为：首先将功能助剂分散在非水有机溶剂中，得到混合液；将混合液除水至含水量10ppm以下，然后向混合液中加入电解质盐，充分混合均匀后得到本发明的电解液。
本发明同时提供了一种超级电容器，其包括正极、负极、置于正极和负极之间的隔膜和电解液，所述电解液为上述的超级电容器用的阻燃有机电解液。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果为：本发明的超级电容器用的稳定性电解液采用低挥发、电化学稳定性良好、介电常数较大的碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯作为非水有机溶剂，电化学稳定性较高的四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵的复配作为电解质盐，适当的质子惰性有机溶剂组成提高了电解质盐在其中的溶解和解离能力，改善电解液的离子电导性能，降低有机电解液的内阻，提高了电解液的电化学稳定窗口，从而使所得的电解液具有良好的电化学稳定性、化学稳定性性及充放电循环稳定性；阻燃剂氟代磷腈化合物采用对电解液电性能影响较小的低添加量，不但对电解液粘度影响较小，即可实现较好的阻燃效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此，同时本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1：一种超级电容器用的阻燃有机电解液，其由电解质盐、非水有机溶剂和功能助剂组成，上述的电解质盐为四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵，所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯，所述的功能助剂为氟代磷腈化合物。
进一步地，所述的四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵的质量份比为3:1，所述的电解质盐在电解液中的摩尔浓度为1.5mol/L，所述的碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯的质量份比为5:3:2:1，所述的功能助剂在非水有机溶剂中的质量百分比为3%。
所述的一种超级电容器用的阻燃有机电解液的制备方法，其具体步骤为：首先将功能助剂分散在非水有机溶剂中，得到混合液；将混合液除水至含水量10ppm以下，然后向混合液中加入电解质盐，充分混合均匀后得到本发明的电解液。
实施例2：一种超级电容器用的阻燃有机电解液，其由电解质盐、非水有机溶剂和功能助剂组成，上述的电解质盐为四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵，所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯，所述的功能助剂为氟代磷腈化合物。
进一步地，所述的四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵的质量份比为2:1，所述的电解质盐在电解液中的摩尔浓度为0.6mol/L，所述的碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯的质量份比为4:2:1:1，所述的功能助剂在非水有机溶剂中的质量百分比为2%。
所述的一种超级电容器用的阻燃有机电解液的制备方法，其具体步骤同实施例1。
实施例3：一种超级电容器用的阻燃有机电解液，其由电解质盐、非水有机溶剂和功能助剂组成，上述的电解质盐为四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵，所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯，所述的功能助剂为氟代磷腈化合物。
进一步地，所述的四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵的质量份比为4:1，所述的电解质盐在电解液中的摩尔浓度为2mol/L，所述的碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯的质量份比为6:4:3:1，所述的功能助剂在非水有机溶剂中的质量百分比为4%。
所述的一种超级电容器用的阻燃有机电解液的制备方法，其具体步骤同实施例1。
实施例4：一种超级电容器用的阻燃有机电解液，其由电解质盐、非水有机溶剂和功能助剂组成，上述的电解质盐为四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵，所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯，所述的功能助剂为氟代磷腈化合物。
进一步地，所述的四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵的质量份比为2:1，所述的电解质盐在电解液中的摩尔浓度为2mol/L，所述的碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯的质量份比为6:2:3:1，所述的功能助剂在非水有机溶剂中的质量百分比为2~4%。
所述的一种超级电容器用的阻燃有机电解液的制备方法，其具体步骤同实施例1。
实施例5：一种超级电容器用的阻燃有机电解液，其由电解质盐、非水有机溶剂和功能助剂组成，上述的电解质盐为四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵，所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯，所述的功能助剂为氟代磷腈化合物。
进一步地，所述的四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵的质量份比为5:2，所述的电解质盐在电解液中的摩尔浓度为1mol/L，所述的碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯的质量份比为5:2: 3:1，所述的功能助剂在非水有机溶剂中的质量百分比为2.5%。
所述的一种超级电容器用的阻燃有机电解液的制备方法，其具体步骤同实施例1。
本发明同时提供了一种超级电容器，其包括正极、负极、置于正极和负极之间的隔膜和电解液，所述电解液为上述实施例1-5所得的超级电容器用的阻燃有机电解液。
本发明的超级电容器用的稳定性电解液采用低挥发、电化学稳定性良好、介电常数较大的碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯作为非水有机溶剂，电化学稳定性较高的四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵的复配作为电解质盐，适当的质子惰性有机溶剂组成提高了电解质盐在其中的溶解和解离能力，改善电解液的离子电导性能，降低有机电解液的内阻，提高了电解液的电化学稳定窗口，从而使所得的电解液具有良好的电化学稳定性、化学稳定性性及充放电循环稳定性；阻燃剂氟代磷腈化合物采用对电解液电性能影响较小的低添加量，不但对电解液粘度影响较小，即可实现较好的阻燃效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质的前提下，还可以做出若干的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种超级电容器用的阻燃有机电解液，其特征在于：由电解质盐、非水有机溶剂和功能助剂组成，上述的电解质盐为四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵，所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯，所述的功能助剂为氟代磷腈化合物。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容器用的阻燃有机电解液，其特征在于：所述的四氟硼酸四乙基铵和双乙二酸硼酸四甲基铵的质量份比为2~4:1。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容器用的阻燃有机电解液，其特征在于：所述的电解质盐在电解液中的摩尔浓度为0.6~2mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容器用的阻燃有机电解液，其特征在于：所述的碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯的质量份比为4~6:2~4:1~3:1。
5.根据权利要求1所述的一种超级电容器用的阻燃有机电解液，其特征在于：所述的功能助剂在非水有机溶剂中的质量百分比为2~4%。
6.权利要求1-5任一项所述的一种超级电容器用的阻燃有机电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将功能助剂分散在非水有机溶剂中，得到混合液；将混合液除水至含水量10ppm以下，然后向混合液中加入电解质盐，充分混合均匀后得到本发明的电解液。
7.一种超级电容器，其包括正极、负极、置于正极和负极之间的隔膜和电解液，其特征在于：电解液为权利要求1-5所述的超级电容器用的阻燃有机电解液。
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