CN114121500A - 一种超级电容器用电解液及超级电容器 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明属于超级电容器技术领域,具体涉及一种超级电容器用电解液及超级电容器。
背景技术
超级电容器是一种新型的储能器件,介于传统电容器和二次电池之间,兼具传统电容器快速充放电和高能量密度的特性。与传统电池相比,超级电容器具有显著的优点:较高的功率密度(5-30kW/kg,是锂离子电池的10-100倍),可在短时间内放出几百甚至数千安培的电流;优异的循环稳定性,循环次数可达100万次;快速充电和放电,可以在几秒内完成快速的充电和放电循环;无自放电现象;安全性能好,适用于多种环境,被广泛应用于国防工业、城市轨道交通和公共交通、私家车、可穿戴器件、智能电网、电子器件等多领域。此外,超级电容器具有很宽的工作温度区间,近年来被越来越多的用于极地极寒条件下的能源供给系统,以及航天航空领域的照明、导航等高科技系统领域的能源储存于供应。
超级电容器电解液分为水系电解液和有机系有机电解液两种。有机系电解液一般采用乙腈(AN)或碳酸丙烯酯(PC)作为溶剂,季胺盐作为电解质盐。由于乙腈体系电解液和PC体系电解液在-40℃以下,溶质会逐步析出直至电解液完全冻结,从而显著增大ESR,劣化低温性能,目前商业化的超级电容器电解液在-40℃以下难以正常工作;-50℃超级电容器直接失效。而砜类体系电解液的电导率较低,在-20℃下电解液已出现凝固,严重制约了基于此类电解液的电容器在低温及超低温下的应用。目前商业化的超级电容器的正常工作温度范围是-40℃~70℃。在温度低于-45℃时,电解液凝固,电容器失效。但在很多领域如航天航空、极地、军工等特殊工作领域要求电子储能器件在-60℃以下工作,因此有必要开发新型耐低温超级电容器电解液满足当前市场的需要。
发明内容
针对现有超级电容器难以在超低温环境下工作的问题,本发明提供了一种超级电容器电解液及超级电容器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下:
一方面,本发明提供了一种超级电容器电解液,包括主溶剂、电解质盐和助溶剂,所述助溶剂选自如结构式1所示的氟代醚:
其中,R1和R2中至少一个为氟代烷基。
可选的,R1和R2各自独立地选自含1~10个碳原子的有机基团且R1和R2中至少一个为氟代烷基。
可选的,R1和R2各自独立地选自碳原子数1~4的氟代烷基、碳原子数1~4的链状烃基、碳原子数5~10的环状烃基或碳原子数6~10的芳香基团,且R1和R2中至少一个为氟代烷基。
可选的,所述结构式1所示的氟代醚包括四氟乙基四氟丙基醚、四氟乙基甲基醚、六氟丙基三氟乙基醚中的一种或多种。
可选的,以所述电容器电解液的总质量为100%计,所述助溶剂的含量为10%~50%,所述主溶剂和所述助溶剂的质量比为8:1~1:1.5。
可选的,所述主溶剂包括乙腈、己腈、戊腈、丁腈、丙腈、γ-丁内酯、γ-戊内酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、丁酸丙酯、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲氧基乙烷、2-甲氧基乙醚、四氢呋喃、二氧戊环、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、环丁砜、二甲基亚砜、二甲基砜、甲基乙基砜、甲基异丙基砜、乙基异丙基砜、乙基异丁基砜、异丙基异丁基砜、异丙基-s-丁基砜、丁基异丁基砜中的一种或多种。
可选的,以所述超级电容器电解液的总质量为100%计,所述主溶剂的含量为30%~80%。
可选的,所述电解质盐包括N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸胺,螺环-(1,1)-二吡咯烷四氟硼酸胺、四氟硼酸四乙基胺、四甲基四氟硼酸胺、四丙基四氟硼酸胺、四丁基四氟硼酸胺、甲基三乙基四氟硼酸胺、二乙基二甲基四氟硼酸胺、三甲基乙基四氟硼酸胺、N-乙基-N-甲基吡咯烷四氟硼酸胺、N-丙基-N-甲基吡咯烷四氟硼酸胺、N-N-四亚甲基吡咯烷四氟硼酸胺、N,N-二甲基哌啶四氟硼酸胺、N,N-二乙基哌啶四氟硼酸胺、N,N-二甲基吗啉四氟硼酸胺、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸胺等;高氯酸铵类如四乙基高氯酸铵、四甲基高氯酸铵、四丙基高氯酸铵、四丁基高氯酸铵、甲基三乙基高氯酸铵、N-N-二甲基吡咯烷高氯酸铵、N-乙基-N-甲基吡咯烷高氯酸盐、N-丙基-N-甲基吡咯烷高氯酸铵、N-N-四亚甲基吡咯烷高氯酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑高氯酸盐;六氟磷酸铵类如四乙基六氟磷酸铵、四甲基六氟磷酸铵、四丙基六氟磷酸铵、四丁基六氟磷酸铵、甲基三乙基六氟磷酸铵、三乙基甲基六氟磷酸铵或二乙基二甲基六氟磷酸铵中的一种或多种。
可选的,所述超级电容器电解液中,所述电解质盐的浓度为0.5~2.0mol/L。
另一方面,本发明提供了一种超级电容器,包括阴极、阳极、隔膜以及如上所述的电容器电解液,所述隔膜位于所述阴极和所述阳极之间。
可选的,所述阴极和所述阳极均为碳材料。
根据本发明提供的超级电容器电解液,通过引入如结构式1所示的氟代醚作为助溶剂,使超级电容器不仅具有耐压性,保证在正常工作电压下的高温性能,还能够有效降低所述电容器电解液的凝固点,从而抑制电容器电解液在低温下的析晶甚至凝固的发生,同时结构式1所示的氟代醚能够使电容器电解液具有较高的电导率,电子迁移路径通畅,从而电解质盐在超低温条件下双电极上的吸附、脱除不受影响,有效兼顾超级电容器的高温和超低温电化学性能,在2.5V-3.0V工作电压,-60℃-70℃温度范围内下能长时间稳定工作。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明一实施例提供了一种超级电容器电解液,包括主溶剂、电解质盐和助溶剂,所述助溶剂选自如结构式1所示的氟代醚:
其中,R1和R2中至少一个为氟代烷基。
所述超级电容器电解液通过引入如结构式1所示的氟代醚作为助溶剂,使超级电容器不仅具有耐压性,保证在正常工作电压下的高温性能,还能够有效降低所述电容器电解液的凝固点,从而抑制电容器电解液在低温下的析晶甚至凝固的发生,同时结构式1所示的氟代醚能够使电容器电解液具有较高的电导率,电子迁移路径通畅,从而电解质盐在超低温条件下双电极上的吸附、脱除不受影响,有效兼顾超级电容器的高温和超低温电化学性能,在2.5V-3.0V工作电压,-60℃-70℃温度范围内下能长时间稳定工作。
在一些实施例中,R1和R2各自独立地选自含1~10个碳原子的有机基团,且R1和R2中至少一个为氟代烷基。
在优选的实施例中,R1和R2各自独立地选自碳原子数1~4的氟代烷基、碳原子数1~4的链状烃基、碳原子数5~10的环状烃基或碳原子数6~10的芳香基团,且R1和R2中至少一个为氟代烷基。
在优选的实施例中,所述氟代烷基包括部分氟代或全氟代的氟代烷基。
作为示例,所述氟代烷基包括一氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、1-氟乙基、1,1-二氟乙基、1,1,1-三氟乙基、1,1,2,2-四氟乙基、五氟乙基、1,1,2,2,3,3-六氟丙基、1,1,2,3,3,3-六氟丙基、七氟丙基或2,2,3,4,4,4-六氟丁基中的一种或多种。
在更优选的实施例中,所述结构式1所示的氟代醚包括四氟乙基四氟丙基醚、四氟乙基甲基醚、六氟丙基三氟乙基醚中的一种或多种。
在一些实施例中,以所述超级电容器电解液的总质量为100%计,所述助溶剂的含量为10%~50%,所述主溶剂和所述助溶剂的质量比为8:1~1:1.5。
在优选的实施例中,以所述超级电容器电解液的总质量为100%计,所述助溶剂的含量为20%~40%,所述主溶剂和所述助溶剂的质量比为4:1~1:1。
若所述助溶剂的添加量过低,则难以有效降低超级电容器电解液的凝固点,电容器在低温条件下的性能提升不明显;若所述助溶剂的添加量过高,则易导致超级电容器在低温条件下阻抗的提升。
在一些实施例中,所述主溶剂包括乙腈、己腈、戊腈、丁腈、丙腈、γ-丁内酯、γ-戊内酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、丁酸丙酯、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲氧基乙烷、2-甲氧基乙醚、四氢呋喃、二氧戊环、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、环丁砜、二甲基亚砜、二甲基砜、甲基乙基砜、甲基异丙基砜、乙基异丙基砜、乙基异丁基砜、异丙基异丁基砜、异丙基-s-丁基砜、丁基异丁基砜中的一种或多种。
在一些实施例中,以所述超级电容器电解液的总质量为100%计,所述主溶剂的含量为30%~80%。
在优选实施例中,以所述超级电容器电解液的总质量为100%计,所述主溶剂的含量为40%~60%。
在一些实施例中,所述电解质盐包括N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸胺,螺环-(1,1)-二吡咯烷四氟硼酸胺、四氟硼酸四乙基胺、四甲基四氟硼酸胺、四丙基四氟硼酸胺、四丁基四氟硼酸胺、甲基三乙基四氟硼酸胺、二乙基二甲基四氟硼酸胺、三甲基乙基四氟硼酸胺、N-乙基-N-甲基吡咯烷四氟硼酸胺、N-丙基-N-甲基吡咯烷四氟硼酸胺、N-N-四亚甲基吡咯烷四氟硼酸胺、N,N-二甲基哌啶四氟硼酸胺、N,N-二乙基哌啶四氟硼酸胺、N,N-二甲基吗啉四氟硼酸胺、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸胺等;高氯酸铵类如四乙基高氯酸铵、四甲基高氯酸铵、四丙基高氯酸铵、四丁基高氯酸铵、甲基三乙基高氯酸铵、N-N-二甲基吡咯烷高氯酸铵、N-乙基-N-甲基吡咯烷高氯酸盐、N-丙基-N-甲基吡咯烷高氯酸铵、N-N-四亚甲基吡咯烷高氯酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑高氯酸盐;六氟磷酸铵类如四乙基六氟磷酸铵、四甲基六氟磷酸铵、四丙基六氟磷酸铵、四丁基六氟磷酸铵、甲基三乙基六氟磷酸铵、三乙基甲基六氟磷酸铵或二乙基二甲基六氟磷酸铵中的一种或多种。
在优选的实施例中,所述电解质盐选自N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸胺、四氟硼酸四乙基铵、甲基三乙基四氟硼酸铵、螺环-(1,1’)-二吡咯烷四氟硼酸胺中的一种或多种。
在更优选的实施例中,所述电解质盐选自N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸胺,N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸胺的离子半径较小,对电极上的微孔利用率更高,能够进一步提高超级电容器的电化学性能。
在一些实施例中,所述超级电容器电解液中,所述电解质盐的浓度为0.5~2.0mol/L。
本发明的另一实施例提供了一种超级电容器,包括阴极、阳极、隔膜以及如上所述的超级电容器电解液,所述隔膜位于所述阴极和所述阳极之间。
所述超级电容器由于采用了如上所述超级电容器电解液,具有较高的电导率和较宽的工作温度区间,能够同时兼顾高温和低温状态下的循环性能。
在一些实施例中,所述阴极和所述阳极均为碳材料。
所述碳材料包括微孔和介孔。
在优选的实施例中,所述碳材料包括人工石墨、天然石墨、活性炭、石墨烯中的一种或多种。
在一些实施例中,所述隔膜选自纤维布隔膜。
以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
本实施例用于说明本发明公开的电容器电解液、超级电容器及其制备方法,包括以下操作步骤:
在手套箱中,将四氟乙基四氟丙基醚和乙腈混合,二者质量比为1:1,混合均匀后再加入N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸胺,形成电解质盐浓度为0.8mol/L电解液。
在手套箱中组立超级电容器模型:电芯包括铝箔制作的两集电极、由活性炭制作的两工作电极和在其间插入的纤维布隔膜。将电芯浸入以下对比例和实施例中的电解液中,采用铝壳和胶粒组立封口,得到超级电容器。
实施例2~13
实施例2~13用于说明本发明公开的超级电容器电解液、超级电容器及其制备方法,包括实施例1中大部分操作步骤,其不同之处在于:
采用表1中实施例2~13所示的主溶剂、助溶剂、电解质盐及其添加量。
对比例1~6
对比例用于对比说明本发明公开的超级电容器电解液、超级电容器及其制备方法,包括实施例1中大部分操作步骤,其不同之处在于:
采用表1中对比例1~6所示的主溶剂、助溶剂、电解质盐及其添加量。
性能测试
对上述实施例1~13和对比例1~6制备得到的超级电容器电解液以及超级电容器进行如下性能测试:
超级电容器电解液的电导率测试:在25℃和-60℃条件下分别采用电导率仪检测电容器电解液的电导率。
超级电容器的测试:
(1)预循环(10次):25℃,充电截止电压U、恒定电流10mA/F进行充电;然后按下限电压U/2,恒定电流10mA/F进行放电;
(2)65℃~70℃高温箱中,恒定电流10mA/F充电至上限电压U,恒压(U)一定时间后进行充放电测试,测试条件同预循环;取出超级电容器并冷却至25℃,再进行充放电测试,测试条件同预循环,并计算超级电容器的容量保持率、ESR增长率。
(3)以容量保持率≤80%,和(或)ESR(等效串联电阻)增长率≥100%时,作为超容寿命的判断标准。
(4)高低温箱中,在工作温度范围-60℃~25℃下,每间隔10℃恒温8h后,进行充放电测试,测试条件同预循环,并计算超级电容器的容量和ESR。
实施例1~7和对比例1~2得到的测试结果填入表1。
“/”代表超出电导率仪检测限,或者电容器已失效。
对比实施例1~7和对比例1~2的测试结果可以看出,相比于仅采用乙腈为主溶剂的电容器电解液,在电容器电解液中加入结构式1所示的助溶剂,能够有效提高电容器电解液在超低温条件下的电导率,保证在超低温条件下也能够正常工作,尤其是在-60℃下仍能够稳定运行,同时能够兼顾高温下的循环性能,而仅采用乙腈为主溶剂的电容器在-45℃时即已失效,无法适应超低温下的工作。
对比实施例1~7的测试结果可以看出,主溶剂和助溶剂的质量比例在8:1~1:1.5范围内时,均对超级电容器的低温性能有所改善。
对比实施例1~4可知,当采用乙腈为主溶剂、四氟乙基四氟丙基醚为助溶剂作为电容器电解液时,将电解质盐的浓度控制在0.8~1.2mol/L,且主溶剂和助溶剂的混合质量比控制在1.5~4:1,此时,超级电容器在低温条件和高温条件下具有较高的容量保持率,在低温条件下和高温条件下的ESR增长率较低,超级电容器的综合性能较优。
实施例8~13和对比例3~6得到的测试结果填入表2。
“/”代表超出电导率仪检测限,或者电容器已失效。
对比实施例8~13和对比例3~6的测试结果可以看出,相比于仅采用碳酸丙烯酯或乙腈混合溶剂(乙腈/戊腈混合溶剂、乙腈/羧酸酯混合溶剂)为主溶剂的电容器电解液,在超级电容器电解液中加入结构式1所示的助溶剂,能够有效提高电容器电解液在超低温条件下的电导率,保证在超低温条件下也能够正常工作,尤其是在-60℃下仍能够稳定运行,说明对于不同的主溶剂体系(碳酸丙烯酯体系、乙腈/戊腈混合体系、乙腈/羧酸酯混合体系),本发明提供的结构式1所示的氟代醚均有较好的提高超级电容器低温性能的作用。
对比实施例8~13的测试结果可知,实施例10中采用乙腈/戊腈混合溶剂作为主溶剂,采用结构式1所示的氟化醚作为助溶剂,且主溶剂和助溶剂的混合质量比控制在3:1时,得到的超级电容器具有较好的低温容量保持率,同时低温ESR增长率较低;而采用碳酸丙烯酯作为主溶剂的实施例8和9在提高超级电容器低温性能的前提下,也保持了较低的高温ESR增长率,具有较好的平衡性,适用于温差变化大的使用环境。采用已腈和羧酸酯作为主溶剂的实施例10~13相对于对比例6,不仅在超低温条件下保持了超级电容的可用性,同时也有利于超级电容在高温条件下容量的提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的超级电容器电解液,其特征在于,R1和R2各自独立地选自含1~10个碳原子的有机基团,且R1和R2中至少一个为氟代烷基。
3.根据权利要求2所述的超级电容器电解液,其特征在于,R1和R2各自独立地选自碳原子数1~4的氟代烷基、碳原子数1~4的链状烃基、碳原子数5~10的环状烃基或碳原子数6~10的芳香基团,且R1和R2中至少一个为氟代烷基。
4.根据权利要求1所述的超级电容器电解液,其特征在于,所述结构式1所示的氟代醚包括四氟乙基四氟丙基醚、四氟乙基甲基醚、六氟丙基三氟乙基醚中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的超级电容器电解液,其特征在于,以所述超级电容器电解液的总质量为100%计,所述助溶剂的含量为10%~50%,所述主溶剂和所述助溶剂的质量比为8:1~1:1.5。
6.根据权利要求1所述的超级电容器电解液,其特征在于,所述主溶剂包括乙腈、己腈、戊腈、丁腈、丙腈、γ-丁内酯、γ-戊内酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、丁酸丙酯、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲氧基乙烷、2-甲氧基乙醚、四氢呋喃、二氧戊环、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、环丁砜、二甲基亚砜、二甲基砜、甲基乙基砜、甲基异丙基砜、乙基异丙基砜、乙基异丁基砜、异丙基异丁基砜、异丙基-s-丁基砜、丁基异丁基砜中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的超级电容器电解液,其特征在于,以所述超级电容器电解液的总质量为100%计,所述主溶剂的含量为30%~80%。
8.根据权利要求1所述的超级电容器电解液,其特征在于,所述电解质盐包括N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸胺,螺环-(1,1)-二吡咯烷四氟硼酸胺、四氟硼酸四乙基胺、四甲基四氟硼酸胺、四丙基四氟硼酸胺、四丁基四氟硼酸胺、甲基三乙基四氟硼酸胺、二乙基二甲基四氟硼酸胺、三甲基乙基四氟硼酸胺、N-乙基-N-甲基吡咯烷四氟硼酸胺、N-丙基-N-甲基吡咯烷四氟硼酸胺、N-N-四亚甲基吡咯烷四氟硼酸胺、N,N-二甲基哌啶四氟硼酸胺、N,N-二乙基哌啶四氟硼酸胺、N,N-二甲基吗啉四氟硼酸胺、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸胺等;高氯酸铵类如四乙基高氯酸铵、四甲基高氯酸铵、四丙基高氯酸铵、四丁基高氯酸铵、甲基三乙基高氯酸铵、N-N-二甲基吡咯烷高氯酸铵、N-乙基-N-甲基吡咯烷高氯酸盐、N-丙基-N-甲基吡咯烷高氯酸铵、N-N-四亚甲基吡咯烷高氯酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑高氯酸盐;六氟磷酸铵类如四乙基六氟磷酸铵、四甲基六氟磷酸铵、四丙基六氟磷酸铵、四丁基六氟磷酸铵、甲基三乙基六氟磷酸铵、三乙基甲基六氟磷酸铵或二乙基二甲基六氟磷酸铵中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的超级电容器电解液,其特征在于,所述超级电容器电解液中,所述电解质盐的浓度为0.5~2.0mol/L。
10.一种超级电容器,其特征在于,包括阴极、阳极、隔膜以及如权利要求1~9任意一项所述的超级电容器电解液,所述隔膜位于所述阴极和所述阳极之间。
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013110741A1 (en) * | 2012-01-25 | 2013-08-01 | Solvay Sa | Fluorinated carbonates in hybrid supercapacitors |
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Patent Citations (3)
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---|---|---|---|---|
WO2013110741A1 (en) * | 2012-01-25 | 2013-08-01 | Solvay Sa | Fluorinated carbonates in hybrid supercapacitors |
JP2015076531A (ja) * | 2013-10-09 | 2015-04-20 | ダイキン工業株式会社 | 電解液、及び、電気化学デバイス |
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