[发明专利]电解质体系和电解池

说明书

本申请根据35U.S.C.§120，要求2011年10月4日提交的美国申请系列号第12/897,071号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

领域

本发明涉及电解质体系以及包含该电解质体系的电解池。

背景

超级电容器，也称作电双层电容器（EDLC），是储能装置。不同于储存化学能的电池，EDLC储存静电能。超级电容器可用于要求脉冲功率的许多应用中。这些应用从用于手机的小尺寸装置到用于混合动力车辆的大尺寸装置。许多专利和专利申请中描述了超级电容器装置，例如US2004/0085710、US6,738,252、US6,487,066、US6,565,701、US6,714,391、US6,304,426、US6,212,062以及US6,201,685。

常用的EDLC装置由通过多孔分隔器分开的碳电极、集电器和有机电解质组成。装置的能量密度以及具体功率由所采用的碳电极和电解质的性质决定。在使用各种电解质时，应注意电解质导电率是一个重要参数。如果电解质导电率高，则装置的功率高。目前可用的超级电容器的能量密度在6-7Wh/l的范围内，可能不足以用于上述一些应用中。

尝试制造基于Li离子的超级电容器来解决高能量密度需求的问题。这些专利描述了需要在装置中结合锂金属电极的电容器。锂金属电极的存在导致安全问题。此外，这些电极占据空间，降低功率密度，使得装置的制造更为复杂，要求碳电极的孔隙率能传输锂离子，从而增加了装置成本并降低了能量密度。

还尝试发展具有较高电压能力的电解质。例如，US7,466,539以及US7,425,283等描述了有机硅化合物作为电解质，US7,297,289描述了离子液体作为电解质，诸如US6491841的其他专利描述了用于电化学电容器中的新型离子盐来增加额定电压。但是，由于缺乏所需的性能，上述这些都无法投入使用。

因而需要一种具有足够功率密度的新型高能量密度的超级电容器装置。

概述

目前可用的使用溶于乙腈溶剂的四乙基铵-四氟硼酸盐（TEA-TFB）电解质体系的装置的电压限制约为2.7伏。已经发现，向含有电解质盐的腈溶剂中加入有机酯导致电解质的电压稳定性明显增加。在较高电压下运行结合有电解质的装置使得此类装置的能量密度和功率明显提升。新电解质体系允许最高为4伏的电压，从而相比于先前加入低成本易得化合物所示，能量和功率密度明显增加。

本发明的第一实施方式是包含分散在溶剂混合物中的导电盐的电解质体系，其中所述电解质体系中导电盐的浓度为1.25-3.0摩尔，所述溶剂混合物包含有机腈溶剂和共溶剂。

本发明的第二实施方式是包含两个电极的电解池，其中至少一个电极包含活性碳和电解质体系，所述电解质体系包含分散在溶剂混合物中的导电盐，其中所述电解质体系中导电盐的浓度为1.25-3.0摩尔，所述溶剂混合物包含有机腈溶剂和共溶剂。

在以下的详细描述中给出了本发明的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言由所述内容而容易理解，或按文字描述和权利要求书实施所述实施方式而被认识。

应理解，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。

所附附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了本发明的一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。

附图简要说明

图1是根据一些实施方式的纽扣电池的示意图。

图2显示用于实施例3的活性碳的孔径分布图。

图3显示用于实施例4的活性碳的孔径分布图。

具体实施方式

如本文所述，电解质体系包含分散在溶剂混合物中的导电盐，其中所述电解质体系中导电盐的浓度为1.25-3.0摩尔，所述溶剂混合物包含有机腈溶剂和共溶剂。