[发明专利]一种超级电容电池用电解液

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学储能器件用的电解液，尤其是涉及一种超级电容电池用电解液。

背景技术

超级电容电池系统是一种将超级电容器与二次电池(目前主要为锂离子电池)相结合而构成的可望兼具两者优势的新型绿色储能系统。超级电容电池系统中，超级电容器与二次电池这两种储能体系的结合方式有两种，一种是“外组合”式(即将两者的单体通过电源管理系统组合成一个储能组件或系统)；另一种是“内结合”式(即将两者有机地结合在同一单体中)。基于超级电容器界面双电层和锂离子电池嵌入-脱嵌两方面特点于一身的新型储能器件——超级电容电池，其兼具电容和电池双功能储能的特点，保持锂离子电池高电压、高能量密度的同时，还具有超级电容器的高功率密度、大电流放电、良好的循环寿命的特点。已有研究表明，由基于活性炭电极材料的超级电容器与锂离子电池通过“内结合”构成超级电容电池，可望获得更加优异的性能。夏永姚于2005年(CN1674347)提出了一种将锂离子嵌入-脱嵌机制与电化学电容器双电层机制协调组合在一起的混合型水性锂离子电池，采用含Li⁺的水溶液作电解液。在水溶液中，其报道的电池的电压较低，很难和现有的锂离子电池相竞争。

在单纯的锂离子电池中主要是采用EC、DMC等为溶剂，以LiPF₆等锂盐为溶质，添加适当添加剂构成电解液，电解液中的Li⁺为工作离子，在充放电过程中起到嵌入—脱嵌的作用，并且Li⁺也是在电池负极形成SEI膜的物质。但是，现有的锂离子电池的电解液电导率相对较低。对于以活性炭为电极材料进行双电层储能的超级电容器来说，需要电解液中有足够的离子能够在充电时与活性炭表面形成双电层来产生容量，当然也要求电解液具有电导率高、分解电压高的特性。但是，现有的锂盐如LiPF₆在电容器电解液的溶剂中溶解度不高，溶液中离子数目少，导致电导率较低。也就是说，超级电容器与锂离子电池的储能原理是有区别的，当将锂离子电池与超级电容器组成一个单体时，电解液必须同时满足两种不同工作原理的要求。同时，也要求电解液具有高电导率、宽电位窗口的特性，从而使得超级电容电池具有高能量密度和高功率密度的特点。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可满足锂离子电池与超级电容器组成一个单体时，两种不同工作原理的要求，具有高电导率、宽电位窗口的特性，一种超级电容电池用电解液。

本发明的目的通过下述方式实现的：

电解液包括锂盐、非水有机溶剂，添加剂；所述的非水有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、γ-丁内酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸甲丙酯、乙酸乙酯、乙腈中的至少两种。

所述非水有机溶剂优选混合液中碳酸乙烯酯含量不大于40％，碳酸丙烯酯含量不大于30％，乙腈含量不大于30％，碳酸甲丙酯不大于40％，碳酸二甲酯不大于50％，碳酸二乙酯不大于40％的混合液；以各成分占电解液的重量计。

所述的锂盐为LiPF₆、LiBF₄、LiBOB、LiCF₃SO₃、LiN(SO₂CF₃)₂、LiC(SO₂CF₃)₃、LiAsF₆中的至少一种，加入量为8—18％。

电解液还包括铵盐。铵盐占电解液重量含量为5—40％。

所述的铵盐为Et₄NBF₄、Et₄NPF₆、Et₄NClO₄、MeEt₃NBF₄、Me₃EtNBF₄、Et₄NCF₃SO₃、Et₄NCF₃SO₃、Et₄N(CF₃SO₂)₂N中的至少一种。添加剂包括小分子胺类或者醚类至少一种，占电解液重量的0.2-5％。

添加剂可以为甲胺、乙胺、乙酰胺或甲酰胺。