TW201312615A - 超級電容器的電解質合成 - Google Patents

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Abstract

一種形成電解質溶液的方法，包含使四氟硼酸銨與四級銨鹵化物在液體溶劑中結合以形成四級銨四氟硼酸以及銨鹵化物。移除該溶劑中的銨鹵化物沈澱物，以形成電解質溶液。反應物可被逐步加到溶劑中，且該方法可包含利用化學計量過量的四氟硼酸銨，以形成實質上不含鹵離子的電解質溶液。過濾可在低溫中完成，以在所產生的電解質中減少過量溴化物。

Description

超級電容器的電解質合成 【相關發明】
本申請案主張在2011年8月30日申請之美國申請案第13/220865號基於35 U.S.C.§ 120的優先權利益，該美國申請案的完整內容被依賴並以引用的方式併入本文中。
本揭露大體而言係關於形成電解質組合物的方法，特別是有關於在超級電容器中使用的電解質溶液的合成。
能量儲存裝置(例如超級電容器)可用於需要分離功率脈衝的許多應用中。這樣的應用範圍可從行動電話到複合動力車輛。超級電容器的一個重要特徵是它可提供的能量密度。裝置(可包含由孔洞性分隔部所隔離的兩個或兩個以上以碳為基礎的電極及/或有機電解質)的能量密度主要是由電解質的性質所決定。在市售超級電容器中使用的典型電解質包含溶解在溶劑(例如，乙腈)中的四乙基銨四氟硼酸(TEA-TFB)鹽。該電解質系統具有許多有利的性質，包含鹽溶解度及離子導電度。
在開發電解質溶液中之一項重要的因素是成本。由於相對昂貴的合成及純化，因此，市售的四乙基銨四氟硼 酸是昂貴的。四乙基銨四氟硼酸的一種示例性的合成是揭露在美國專利第5,705,696號。示例性的製程涉及將四烷基銨鹵化物與金屬四氟硼酸鹽在水性基質中反應，然後藉由膜透析以移除金屬鹵化物。另一種合成方法是揭露在美國專利第7,641,807號，該專利揭露將金屬鹵化物與四烷基鹵化物在乙腈中結合，然後過濾金屬鹵化物。該製程的產物典型包含高濃度的鹵離子，例如氯離子(例如0.71重量%或7100 ppm)以及相關的金屬離子。該鹵離子的濃度被認為對於超級電容器的性能是不利的。
有鑑於此，對於製造高純度四乙基銨四氟硼酸鹽，以及包含四乙基銨四氟硼酸鹽的電解質溶液之簡單且經濟的合成製程，仍有其需求。
一種形成電解質溶液的方法，包含使四氟硼酸銨與四級銨鹵化物鹽在液體溶劑中結合以形成四級銨四氟硼酸以及銨鹵化物，以及移除該溶劑中的銨鹵化物以形成電解質溶液。反應可在大約室溫中完全進行。或者，過濾步驟可在低於室溫的溫度中進行。在具體實施例中，在低於室溫的溫度中之過濾產生較低的溴離子含量。在具體實施例中，化學計量過量的四氟硼酸銨可用於使產物中的鹵離子濃度減到最少。
所得到的產物是電解質溶液，該電解質溶液包含溶解 在溶劑中之四級銨四氟硼酸鹽，其中在該電解質溶液中的氯離子濃度是小於1 ppm，在該電解質溶液中的溴離子濃度是小於1000 ppm、小於500 ppm、小於200 ppm、小於100 ppm、小於80 ppm或小於50 ppm，以及該電解質溶液中的銨離子濃度是大於1 ppm。
本發明的其他特徵及優點將列舉在詳細說明及之後的申請專利範圍以及附隨的圖示，並且部分對於熟習該項技術者從該說明將是顯而易見或藉由實施如此處所說明的本發明，包含詳細說明及之後的申請專利範圍以及附隨的圖示而易於理解。
應理解的是，以上的一般性說明以及以下的詳細說明，係代表本發明的具體實施例，並且意圖提供用於理解如所主張之本發明的本質及特性之概述或架構。納入附隨的圖式以提供本發明進一步的理解，並且附隨的圖式併入及構成本說明書的一部份。圖式說明了本發明的各式具體實施例，以及連同發明說明共同用於解釋本發明的原理及操作。
一種製造四級銨四氟硼酸的方法，涉及使一種或多種的四級銨鹵化物與四氟硼酸銨在有機溶劑中反應。該反應產物是四級銨四氟硼酸以及溴化銨。四級銨四氟硼酸可溶於有機溶劑中，而溴化銨則形成沈澱物。沈澱的溴 化銨可被過濾以形成例如在有機溶劑(例如，乙腈)中的四乙基銨四氟硼酸之溶液。在部分具體實施例中，完整的反應是在大約室溫中在固定攪拌下進行。
在部分具體實施例中，反應是在大約室溫中在固定攪拌下進行，然後過濾步驟是在低於室溫的溫度中進行。在部分具體實施例中，低於室溫包含相當於電解質鹽類將不會沈澱的最低可能溫度。在部分具體實施例中，低於室溫包含相當於溴離子是最少的溫度。在部分具體實施例中，低於室溫包含相當於電解質鹽類將不會沈澱以及溴離子是最少的最低可能溫度。在部分具體實施例中，低於室溫包含使電解質鹽類及雜質的溶解度參數之差異最大化之溫度。
在部分具體實施例中，低於室溫包含從約20℃至約-30℃、從約15℃至約-30℃、從約10℃至約-30℃、從約5℃至約-30℃、從約0℃至約-30℃、從約-5℃至約-30℃、從約-10℃至約-30℃、從約-15℃至約-30℃、從約-20℃至約-30℃、從約-25℃至約-30℃、從約20℃至約-25℃、從約15℃至約-25℃、從約10℃至約-25℃、從約5℃至約-25℃、從約0℃至約-25℃、從約-5℃至約-25℃、從約-10℃至約-25℃、從約-15℃至約-25℃、從約-20℃至約-25℃、從約20℃至約-20℃、從約15℃至約-20℃、從約10℃至約-20℃、從約5℃至約-20℃、從約0℃至約-20℃、從約-5℃至約-20℃、從約-10℃至約-20℃、從約-15℃至約-20℃、從約20℃至約-15℃、從約15℃至約-15℃、從約10℃至約-15℃ 從約5℃至約-15℃、從約0℃至約-15℃、從約-5℃至約-15℃、從約-10℃至約-15℃、從約20℃至約-10℃、從約15℃至約-10℃、從約10℃至約-10℃、從約5℃至約-10℃、從約0℃至約-10℃、從約-5℃至約-10℃、從約20℃至約-5℃、從約15℃至約-5℃、從約10℃至約-5℃、從約5℃至約-5℃、從約0℃至約-5℃、從約20℃至約0℃、從約15℃至約0℃、從約10℃至約0℃、從約5℃至約0℃、從約20℃至約5℃、從約15℃至約5℃、從約10℃至約5℃、從約20℃至約10℃、從約15℃至約10℃或從約20℃至約15℃。在部分具體實施例中，低於室溫包含約-30℃、-25℃、-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃、5℃、10℃、15℃或20℃。
與許多已知使用金屬四氟硼酸鹽作為反應物的合成路徑相較，本發明的方法使用四氟硼酸銨作為反應物。雖然衍生自傳統使用的金屬化合物之雜質可能污染電解質，並且通過法拉第(Faradaic)反應而降低裝置的性能，但來自四氟硼酸銨反應物的殘留銨離子卻不會不利於電容器的性能。
適合的四級銨鹵化物包含四甲基銨四氟硼酸(Me4NBF4)、四乙基銨四氟硼酸(Et4NBF4)、四丙基銨四氟硼酸(Pr4NBF4)、四丁基銨四氟硼酸(Bu4NBF4)、三乙基甲基銨四氟硼酸(Et3MeNBF4)、三甲基乙基銨四氟硼酸(Me3EtNBF4)以及二甲基二乙基銨四氟硼酸(Me2Et2BF4)。
在各種具體實施例中，示例性的有機溶劑包含偶極性非質子溶劑，例如，碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、γ-丁內酯、乙腈、丙腈以及甲氧基乙腈。
在具體實施例中，四級銨鹵化物可與化學計量過量的四氟硼酸銨結合。因此，電解質溶液可利用化學計量的四氟硼酸銨或藉由使用多達150%(莫耳)過量的四氟硼酸銨而形成。四級銨鹵化物與四氟硼酸銨的莫耳比，範圍可從1：1至1：1.5(例如，1：1、1：1.1、1：1.2、1：1.3、1：1.4或1：1.5)。藉由使用過量的四氟硼酸銨，所得到的溶液可包含過量的BF4及NH4離子。來自四氟硼酸銨之過量的銨離子，在合成期間可有利地清除鹵離子。鹵離子也可能在所得到的電解質中促成不想要的法拉第反應。
根據一具體實施例的電解質溶液，包含溶解在溶劑中的四級銨四氟硼酸鹽，其中在該電解質溶液中的氯離子濃度是小於1 ppm，在該電解質溶液中的溴離子濃度是小於1000 ppm、小於500 ppm、小於200 ppm、小於100 ppm、小於80 ppm或小於50 ppm，以及該電解質溶液中的銨離子濃度是大於1 ppm。該電解質溶液在25℃的導電度可以是至少45 mS/cm(例如，至少45、50、55或60 mS/cm)。在電解質溶液中的四級銨四氟硼酸鹽之總濃度，範圍可從0.1M至2M(例如，0.1、0.2、0.5、1、1.5或2M)。
根據本發明的一個具體實施例的電解質溶液在超級電 容器中顯示優異的性能。在部分具體實施例中，利用具體實施例的溶液之電解電池，在65℃及2.5伏時顯示少於20%電容衰退的性能。
一旦形成，可將電解質溶液納入到超級電容器中。在一典型的超級電容器中，一對電極是藉由孔洞性分隔部而隔離，以及電極/分隔部/電極的堆疊是以電解質溶液而滲透。電極可包含視需要已與其他添加物混合的活性炭。電極可藉由將電極原料緊壓成薄片而形成，薄片經由視需要的導電黏接層及視需要的融合碳層而層積至電流集極。除了例如電雙層電容器的超級電容器之外，所揭露的電解質也可納入到其他的電化學電極/裝置結構內，例如電池或燃料電池。
可使用的活性炭的特定實例包含椰子殼為基礎的活性炭、石油焦為基礎的活性炭、瀝青為基礎的活性炭、聚偏氯乙烯為基礎的活性炭、聚並苯為基礎的活性炭、酚醛樹脂為基礎的活性炭、聚丙烯腈為基礎的活性炭以及來自天然來源(例如，煤、木炭或其他天然有機來源)的活性炭。適合的孔洞性或活性炭材料之各種形態，是揭露於共有的美國專利申請案第12/970,028號及第12/970,073號，該等專利的完整內容以引用方式併入本文中。
活性炭的特徵可在於高表面積。高表面積的電極可使高能量密度的裝置成為可能。高表面積的活性炭是指具有至少100 m2/g(例如，至少100、500、1000或1500 m2/g) 的表面積之活性炭。
用於形成超級電容器的電極可相同或彼此不同地配置。在具體實施例中，至少一個電極包含活性炭。包含多數重量的活性炭之電極，在本文是指活性炭電極。在具體實施例中，活性炭電極包含大於約50重量%的活性炭(例如，至少50、60、70、80、90或95重量%的活性炭)。
在具體實施例中，活性炭包含具有≦1 nm的大小之孔洞，該等孔洞提供≧0.3 cm3/g的結合孔洞體積；活性炭包含具有>1 nm至≦2 nm的大小之孔洞，該等孔洞提供≧0.05 cm3/g的結合孔洞體積；以及活性炭包含具有>2 nm的大小之任何孔洞的<0.15 cm3/g的結合孔洞體積。
除了活性炭之外，添加劑(例如，黏結劑及導電性促進劑)也可用於控制電極的性質。電極可包含一種或多種黏結劑。黏結劑可藉由在鬆弛組合的微粒材料中促進內聚力，而發揮提供電極機械穩定性的功能。黏結劑可包含可將活性炭(以及其他視需要的成份)一起結合以形成孔洞結構之聚合物、共聚物或類似的高分子量物質。特定示例性的黏結劑包含聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯或其他的氟聚合物顆粒；熱塑性樹脂，例如聚丙烯、聚乙烯或其他；以橡膠為基礎的黏結劑，例如，苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)；及上述物質之組合物。在具體實施例中，聚四氟乙烯可使用作為黏結劑。在其他具 體實施例中，有微細纖維的聚四氟乙烯可使用作為黏結劑。舉例說明，電極可包含多達約20重量%的黏結劑(例如，多達約5、10、15或20重量%)。
電極也可包含一種或多種的導電性促進劑。導電性促進劑可發揮增加電極的整體導電性之功能。示例性的導電性促進劑包含碳黑、天然石墨、人工石墨、石墨碳、奈米碳管或奈米碳線、金屬纖維或奈米金屬線、石墨烯及上述物質之組合物。在具體實施例中，碳黑可使用作為導電性促進劑。在具體實施例中，電極可包含多達約10重量%的導電性促進劑。例如，電極可包含從約1重量%至約10重量%的導電性促進劑(例如，1、2、4或10重量%)。
示例性的超級電容器可包含一個活性炭或兩個活性炭電極。例如，一個電極可包含多數的活性炭以及另一電極可包含多數的石墨。
電解質溶液之特徵可在於對電解質溶液本身所表現的量測，以及對納入電解質溶液的測試電池所表現的量測。
一種EDLC(一種鈕釦型電池)的具體實施例是顯示在第1圖。鈕釦型電池10包含兩個電流集極12、兩個密封構件14、兩個電極16、一個分隔部18以及一電解質溶液20。兩個電極16(每個電極16都具有配置在電極周圍附近的密封構件14)是以使得電極16維持與電流集極12接觸而配置。分隔部18是配置在兩個電極16之間。電解質溶液20是包含在兩個密封構件之間。
以活性炭為基礎的電極(具有厚度在約50-300微米的範圍內)，可將包含80-90重量%的微孔型活性炭、0-10重量%的碳黑及5-20重量%的黏結劑(例如，氟碳黏結劑，例如聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯)的粉末混合物，藉由滾動及壓平而製備。視需要地，液體可用於將粉末混合物形成糊狀物，糊狀物可被壓平成片材並且被乾燥。包含活性炭的片材可被壓日期、壓印或其他圖樣化，並且層積至導電性附著層，以形成一電極。
鈕釦型電池是利用活性碳電極而製造。活性炭電極是藉由先將活性炭與碳黑以85：5的比例混合而製造。加入聚四氟乙烯以得到碳：碳黑：聚四氟乙烯為85：5：10的比例。將粉末混合物加到異丙醇中、混合然後乾燥。將乾燥的材料壓平成10密爾厚的預備形式。然後將預備形式層積在導電性附著層上(50重量%的石墨、50重量%的碳黑)，導電性附著層是在融合的碳覆蓋之電流集極上形成。
對於鈕釦型電池，電流集極是從鉑箔而形成，以及分隔部是從纖維素紙而形成。在組裝之前，活性炭電極及分隔部是浸泡在電解質中。熱固性聚合物環是在組合的周圍附近形成，以密封電池，然後充填有機電解質，例如，在乙腈中的四乙基銨四氟硼酸(TEA-TFB)。在密封電池之前，將額外一滴的電解質加到電池。
電化學實驗是用於測試電池，包含循環伏特安培法(CV)、電化學阻抗光譜(EIS)以及恆電流充電/放電。 循環伏特安培法實驗是在20 mV/sec的掃瞄率，在最大範圍0至4.5伏特的各種電位窗之內而進行。電化學阻抗光譜測試包含量測阻抗，同時施加具有10 mV振幅、於0伏特固定直流電壓、0.01-10,000 Hz頻率範圍的交流干擾。恆電流充電/放電實驗是在10 mA的電流大小時進行。
裝置的能量密度是利用積分能量法而計算。將恆電流數據(電位對時間數據)數字積分，並且乘以放電流，以得到在兩個電位V1及V2之間，裝置所傳遞的能量(Ws)。
裝置電容(Cdevice，法拉)可根據以下關係式而從能量計算：
比電容(F/cm3)可接著藉由將裝置電容除以碳電極的總體積而計算。
穩定的電壓(裝置可抵抗而不會有可估計的法拉第反應之最大電壓)是從數個不同的電壓窗上所進行的一系列循環伏特安培法(CV)實驗而量測。從循環伏特安培法的數據中，法拉第比例(Faradaic Fraction)是利用以下方程式而量測：
在陽極及陰極掃瞄期間的電荷(Q)是藉由將循環伏特 安培法曲線積分並將結果除以進行循環伏特安培法的掃瞄速率而計算。穩定的電壓是定義為法拉第比例是大約0.1時的電位。
在穩定的電壓時之能量密度(裝置可抵抗而不會有可估計的法拉第反應之最大電壓)是利用以下的關係式而計算，其中Cdevice是裝置電容(法拉)、V1是穩定的電壓、V2是V1/2，以及Volume裝置的體積(公升)：
本揭露的另一種態樣是列舉在以下非限定的實例中，該等實例揭露從四氟硼酸銨及四乙基溴化銨中之在乙腈中的四乙基銨四氟硼酸的示例性合成。
實例1
將31.3329克的四乙基溴化銨(TEA-Br)加入100毫升的乙腈中，並將懸浮液攪拌1小時，然後加入15.642克的四氟硼酸銨(NH4BF4)。反應物的量相當於化學計量的量。將懸浮液攪拌，並將混合物的溫度在整個合成中維持在25℃。
將懸浮液過濾以移除沈澱物。電解質溶液的導電度是64 mS/cm。將所得到的電解質溶液利用具有1800 m2/g的表面積之活性炭，而納入到上述鈕扣型電池內。
鈕扣型電池的能量密度是15 Wh/l。然而，參考第2圖，明顯的法拉第反應是與電解質一起被觀察到。藉由離子層析法所測定之電解質溶液中的溴離子含量是7123 ppm。溴離子引起法拉第反應，並且溴離子連同其他的 鹵離子一起不想要地增加電池的ESR及減少週期生命。
實例2
將31.3329克的四乙基溴化銨加入100毫升的乙腈中，並將懸浮液攪拌1小時，然後加入25.642克的四氟硼酸銨。反應物的量相當於化學計量過量的四氟硼酸銨。將懸浮液攪拌，以及如同實例1將溫度維持在25℃。
將懸浮液過濾以移除沈澱物。電解質溶液的導電度是64 mS/cm。將所得到的電解質溶液利用具有1800 m2/g的表面積之活性炭，而納入到上述鈕扣型電池內。
鈕扣型電池的能量密度是17 Wh/l。參考第3圖，循環伏特安培法曲線顯示沒有法拉第反應。藉由離子層析法數據所測定之電解質溶液中的溴離子含量是751 ppm。氯離子含量是小於0.05 ppm，以及銨離子濃度是245 ppm。
實例3
具有相同於實施例2的反應物總量之電解質溶液，是經由逐步加入反應物而製備。如本文之定義，逐步加入反應物是指反應物的至少一種(較佳是兩者)是在導入其他反應物之前以及之後被導入至混合物中。因此，逐步加入反應物A及B可包含以下列示例性的順序而導入反應物：ABA、BAB、ABAB、BABA、ABABA、BABAB等。
在反應物加入之間於25℃固定攪拌1小時的期間，將下列物質依序加入100毫升的乙腈中：5克的NH4BF4、 10克的四乙基溴化銨、5克的四氟硼酸銨、10克的四乙基溴化銨、5.642克的四氟硼酸銨、11.332克的四乙基溴化銨以及10克的四氟硼酸銨。在最終加入之後，將溶液攪拌隔夜，然後以Whitman 42(110公釐)濾紙過濾，然後以0.2微米針筒過濾器再次過濾，再以0.02微米針筒過濾器再次過濾。
實例4
電解質溶液是藉由將200毫升的高純度乙腈加到500毫升的Erlenmeyer錐形瓶而製備。緩慢加入四乙基溴化銨(63克)同時攪拌。將33.4克的四氟硼酸銨緩慢加到該溶液中。將錐形瓶密封以避免乙腈在混合過程期間損失，並且將溫度維持在22-23℃。
使反應混合物徹底混合24小時以完成反應。然後將含有溴化銨副產物的溶液在室溫過濾。所得到的電解質是利用Gentech科學系統的Electron-Spray IC/MS儀器而量測，以測定在電解質溶液中關於BF4離子的相對溴離子濃度。經由室溫過濾所獲得的電解質顯示100-150 ppm的溴離子濃度。
實例5
電解質溶液是如實例4而製備，但過濾是在-5℃進行。將溶液利用Brookfield型號TC 202的冷凍器而冷卻，並且保持在-5℃達45分鐘，然後再過濾。將所得到的冷溶液使用Ertel Alsop壓力過濾系統而過濾。所得到的電解質是利用Gentech科學系統的Electron-Spray IC/MS儀器 而量測，以測定在電解質溶液中關於BF4離子的相對溴離子濃度。經由低溫過濾所獲得的電解質具有50-80 ppm的溴含量。
除非內文有清楚地相反規定，否則在本文中所使用的單數形式「一(a,an)」及「該」是包含複數物體。因此，例如，除非內文有清楚地相反規定，否則關於「金屬」是包含具有兩種或兩種以上該「金屬」的實例。
範圍在本文中可以從「約」一特定數值及/或到「約」另一特定數值而表示。當該範圍被表示時，實例包含從一特定數值及/或到其他特定數值。同樣地，當數值是以近似值表示時，藉由使用前面的「約」，應理解的是該特定數值形成另一態樣。應進一步理解的是，每個範圍的終點，在有關於另一終點及獨立於另一終點兩者，都是顯著的。
本發明揭露可用於、可併用於、可用於製備所揭露的方法及組成物之材料、化合物、組成物及成份，或所揭露的方法及組成物之具體實施例。該等及其他材料是揭露於本文中，並且當該等材料的組合、子集、交互作用、群組等被揭露時，應理解的是，雖然該等化合物的個別不同個體及集合組合及排列之特定參考可能不會被明白揭露，但每一個都在本文中被特定地涵蓋及說明。因此，如果一個等級的取代物A、B及C被揭露，以及一個等級的取代物D、E及F被揭露，以及一個組合具體實施例A-D的實例被揭露的話，則每一個都個別地及集合地 被涵蓋。因此，在該實例中，每一個組合A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E及C-F都特定地被涵蓋，並且應視為從A、B及C；D、E及F；以及組合A-D的實例之揭露中被揭示。同樣地，該等的任何子集或組合也被特定地涵蓋及揭露。因此，例如，A-E、B-F及C-E的次群組是特別被涵蓋的，並且應視為從A、B及C；D、E及F；以及示例性組合A-D的揭露中被揭示。該概念適用於本揭露的所有態樣，包含但並不限於組成物的任何成份，以及製造及使用本揭露的組成物之方法中的步驟。因此，如果有可進行的各種額外步驟的話，則應理解的是該等額外步驟的每一個都可與本揭露方法的任何特定具體實施例或具體實施例的組合一起進行，以及每個該等組合都被特定地涵蓋，並且應視為已揭露每個該等組合。
除非有其他不同明確地陳述，否則絕非預期在本文中列舉的任何方法會被解釋為要求該方法之的步驟要以特定的順序而進行。因此，當一方法請求項沒有確實引述該方法的步驟要遵循的順序，或在申請專利範圍或發明說明中沒有其他不同特定陳述該等步驟被限定為特定的順序時，絕非預期任何特定的順序被推論。
也應注意的是，在本文中的詳述是指本發明的成份以特定方式「配置」或「使適應」功能。在此態樣中，該成份被「配置」或「使適應」，以具體化特定性質，或以特定的方式發揮功能，其中該等詳述是結構式的詳述，以對抗意圖使用的詳述。更特定言之，在本文中有關於 成份的方式(其中成份被「配置」或「使適應」)代表成份之現存的物理狀態，並且就此而論，是被採取為成份的結構式特性之明確詳述。
對於熟習該項技術者顯而易見的是，在不逸脫本發明的精神及範疇之外，各種修飾及變化都可根據本發明而完成。由於納入本發明的精神及物質之所揭露具體實施例的修飾組合、次組合及變化，對於熟習該項技術者而言都可能發生，因此，本發明應解釋為包含在所附申請專利範圍及所附申請專利範圍的均等物之範疇內的一切事物。
10‧‧‧鈕扣型電池
12‧‧‧電流集極
14‧‧‧密封構件
16‧‧‧電極
18‧‧‧分隔部
20‧‧‧電解質溶液
第1圖是根據一具體實施例的鈕扣型電池之示意圖；第2圖是利用反應物的化學計量比例而製備的電解質溶液之循環伏特安培法曲線(CV曲線)圖；以及第3圖是利用化學計量過量的四氟硼酸銨而製備的電解質溶液之循環伏特安培法曲線(CV曲線)圖。
10‧‧‧鈕扣型電池
12‧‧‧電流集極
14‧‧‧密封構件
16‧‧‧電極
18‧‧‧分隔部
20‧‧‧電解質溶液

Claims (15)

  1. 一種形成一電解質溶液之方法，包含以下步驟：使四氟硼酸銨與一四級銨鹵化物在一液體溶劑中結合，以形成一四級銨四氟硼酸以及一銨鹵化物；及移除該溶劑中的該銨鹵化物，以形成一電解質溶液；其中該移除步驟是在低於20℃的一溫度下進行。
  2. 如請求項1所述之方法，其中四氟硼酸銨與四級銨鹵化物的一莫耳比是從1：1至1.5：1。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該四級銨鹵化物是選自由四甲基銨四氟硼酸、四乙基銨四氟硼酸、四丙基銨四氟硼酸、四丁基銨四氟硼酸、三乙基甲基銨四氟硼酸、三甲基乙基銨四氟硼酸以及二甲基二乙基銨四氟硼酸所組成的群組中。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該溶劑是選自由碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、γ-丁內酯、乙腈、丙腈以及甲氧基乙腈所組成的群組。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該移除步驟是在約0℃至約-20℃的一溫度下進行。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該移除步驟是在約0℃至約-20℃的一溶劑溫度下進行。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該結合之步驟是在固定攪拌下進行。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該結合之步驟包含將該四氟硼酸銨及該四級銨鹵化物逐步加到該液體溶劑中。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該四級銨四氟硼酸在該溶劑中的的一濃度包含從0.1至2莫耳濃度。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該電解質溶液在25℃的一導電度包含至少45 mS/cm。
  11. 如請求項1所述之方法，其中：在該電解質溶液中的一氯離子濃度包含小於1 ppm，在該電解質溶液中的一溴離子濃度包含小於 100 ppm；及在該電解質溶液中的一銨離子濃度包含大於1 ppm。
  12. 一種電解質溶液，該電解質溶液包含溶解在一溶劑中的四級銨四氟硼酸鹽，其中：在該電解質溶液中的一氯離子濃度包含小於1 ppm，在該電解質溶液中的一溴離子濃度包含小於100 ppm；以及在該電解質溶液中的一銨離子濃度包含大於1 ppm。
  13. 如請求項12所述之電解質溶液，其中該四級銨四氟硼酸是選自基本上由四甲基銨四氟硼酸、四乙基銨四氟硼酸、四丙基銨四氟硼酸、四丁基銨四氟硼酸、三乙基甲基銨四氟硼酸、三甲基乙基銨四氟硼酸以及二甲基二乙基銨四氟硼酸所組成的群組。
  14. 如請求項12所述之電解質溶液，其中該溶劑是選自基本上由碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、γ-丁內酯、乙腈、丙腈以及甲氧基乙腈所組成的群組。
  15. 如請求項12所述之電解質溶液，其中該四級銨四氟 硼酸在該溶劑中的一濃度包含從0.1至2莫耳濃度。
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