[发明专利]一种超级电容器高压电解液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及精细化学品技术领域，具体地，本发明涉及一种高电压超级电容器离子液体电解液及其制备方法。

技术背景

由于日益紧迫的能源安全与环境保护压力，许多发达国家在全球范围内竞相开发绿色能源产品，储能，动力汽车的发展异常迅速，作为其核心的电源部件之一，超级电容器也亟待发展，并对其能量密度提出了更高的要求。

目前商业化的超级电容器主要采用活性炭作为电极材料，电解液采用四氟硼酸四乙基铵（Et₄NBF₄）或四氟硼酸三乙基甲基铵（Et₃MeNBF₄）的碳酸丙烯酯（PC）或乙腈（AN）溶液，但是由于上述两类电解液的电化学稳定性不足，电容器的电压上限仅为2.5V（PC体系）或2.7V（AN体系），电容器的能量密度较低。

由于离子液体具有特殊的结构，使其具有优异的电化学稳定性，一定的室温电导率和较好的界面相容性，因此在电化学方面得到大力的研发支持。然而目前离子液体电解液大都采用纯离子液体，虽然具有很高的电化学稳定电位，但功率性质不佳，对电容器的能量密度提升相当有限。

CN1866429A公开了一种超级电容器电解液，采用至少包括一种咪唑的四氟硼酸盐或六氟磷酸盐溶解在质子惰性溶剂中，所采用的质子惰性溶剂包括乙腈、丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等，其主要的特点在于较宽的工作温度范围。但其离子电导率较低，且高离子液体用量带来了较高的成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种高电压双电层电容器电解液及其制备方法。

所述的离子液体电解液的制备方法，是通过先将高压稳定剂溶解于腈类溶剂，并经分子筛干燥除水后，控制水分在10ppm以下，再加入离子液体，经分子筛二次除水得到的。

所述的离子液体电解液的制备方法，是把腈类溶剂和高压稳定剂分别经精馏塔干燥除水、除杂后（水分控制在10ppm以下），再加入离子液体，并经分子筛二次除水得到的。

具体的，首先将高压稳定剂分散在腈类溶剂中，其质量百分数在0.01%～50%之间，得到混合溶剂Ⅰ，除水至水含量在10ppm以下后，再向溶剂Ⅰ中加入离子液体，最终得到离子液体质量百分含量在20%～80%间的离子液体电解液。

具体的，此电解液采用的腈类溶剂为乙腈、丙腈、丁腈或苯甲腈中的一种。且其在电解液中的质量百分含量在20%到80%之间。

具体的，此电解液采用的高压稳定剂为乙酰胺、γ-丁内酯、丁二腈、对苯二腈中的一种或几种。且其在电解液中的质量百分含量在0.01%到43%之间。

具体的，此电解液采用的离子液体具有相同的阴离子，是双（三氟甲基磺酰）亚胺（TFSI^-）、三氟甲基磺酸根（CF₃SO₃^-）或四氟硼酸根（BF₄^-）种的一种；其阳离子是N-甲基，丙基哌啶（PP13）、N-甲基，丁基哌啶（PP13）、N-乙基，丙基哌啶（PP23）、N-乙基，丁基哌啶（PP24）、N-甲基，丁基吡咯烷（P14）、N-乙基，丁基吡咯烷（P24）、N-乙基-N-甲基咪唑（Emim）、N-丁基-N-甲基咪唑（Bmim）中的一种或两种的混合物，且离子液体在电解液中的质量百分比在30%到70%之间。

经上述工艺配制的此类电解液的室温离子电导率在5～80ms/cm之间，粘度在1.1～85mPas之间，其最大的特征在于，采用此类电解液的超级电容器可以在0～3V的电压间稳定循环，且除首次外，充放电效率均在95%以上。此类电解液表现了较宽的液态范围（-50～150℃），比传统的乙腈类电解液有更宽的温度使用范围。

附图说明

图1为采用本发明实施例1所制备电解液的扣式超级电容器在不同扫描速度下的循环伏安（CV）图。

图2为采用本发明实施例2所制备电解液的扣式超级电容器在不同扫描速度下的CV图。

图3为采用本发明实施例3所制备电解液的扣式超级电容器在不同扫描速度下的CV图。

图4为采用本发明实施例3所制备电解液的扣式超级电容器在不同电压下循环500次后的交流阻抗图。

图5为采用本发明实施例3所制备电解液的扣式超级电容器在不同电流密度下的充放电循环曲线。

具体实施方式

下述全部离子液体均来源于中国科学院过程工程研究所，本发明所提供的离子液体电解液样品有：