[发明专利]一种电解液溶质、电解液及高电压超级电容器

说明书

本发明涉及电化学领域，具体涉及一种用于高电压超级电容器的电解液溶质和电解液及应用该电解液的高电压超级电容器。所述电解液溶质的阴离子可选自四氟硼酸根、六氟磷酸根、双(三氟甲基磺酰)亚胺、双(三氟甲基磺酰)甲基和全氟烷基磺酸根中的一种或几种，阳离子可为N‑甲基‑1,4‑二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵，N,N‑二甲基‑1,4‑二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵，N‑甲基‑1‑氮杂二环[2.2.2]辛烷铵中的一种或几种。使用本发明的电解液溶质配制的电解液制作的高电压超级电容器，在电压2.7V‑3.2V下能长时间稳定工作，极大地提高了能量密度，保持了其高功率密度的特性,又延长了工作寿命。

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体涉及一种用于高电压超级电容器的电解液溶质和电解液及应用该电解液的高电压超级电容器。

背景技术

超级电容器，也叫金电容、电化学电容器，采用离子吸附(双电层电容器)或者表面快速氧化还原反应(赝电容器)来存储能量。超级电容器是一种介于电池与传统静电电容器之间的新型储能器件。超级电容器存储的电荷是传统电解电容的成百或上千倍，能在数秒内完全充放电，具有比电池更高的功率输入或输出，且能在更短的时间内达到。同时，超级电容器具有充放电时间短、储存寿命长、稳定性高、工作温度范围宽(-40℃～70℃)等优点，因而广泛应用于消费类电子产品领域、新能源发电系统领域、分布式储能系统领域、智能分布式电网系统领域、新能源汽车等交通领域、节能电梯吊车等负载领域、电磁炸弹等军用设备领域和运动控制领域等，涉及新能源发电、智能电网、新能源汽车、节能建筑、工业节能减排等各个行业，属于标准的全系列低碳经济核心产品。

与电化学电池相比，超级电容器的能量密度偏低，工作电压低，这些缺点极大地限制了超级电容器在混合动力汽车、电动汽车上的应用。超级电容器的储能公式为E＝CV²/2，因此提高超级电容器的工作电压能有效提高其能量密度，而目前商业化的超级电容器电解液在超过2.7V电压下工作会引起电解液的电化学分解，导致电容器内压力显著增大，电化学性能明显降低，最终导致电容器失效。

电解液的分解电压决定电容器的工作电压，因此，研发高电压超级电容器使用的电解液能有效突破超级电容器的瓶颈，尤其是寻找耐电压更高的溶质，且更要实现超级电容器高耐电压与长寿命的良好平衡。公开号为CN100536048C的中国发明专利中公开了一种含N，N-二卤烷基-1，4-对二环顺辛烷四氟硼酸铵与传统的四乙基四氟硼酸铵(Et₄NBF₄)混合的超级电容器电解液，虽然具有一定的高耐压性，但并未对超级电容器的寿命特性作说明。公开号为CN101809693A的中国发明专利中提到在传统的Et₄NBF₄的乙腈(AN)溶液中加入各种除酸剂来减缓电容器内压力升高速率，来达到提高超级电容器工作电压的目的，这种方法在超级电容器使用初期能起到一定的效果，但随使用寿命的延长，电容器的电化学性能明显劣化，其寿命特性有待显著提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于高电压超级电容器的溶质及其电解液和超级电容器，在提高了超级电容器的能量密度的同时，又实现了超级电容器的长寿命特性。

本发明采用的技术方案为提供一种电解液溶质，其化学结构式为下列结构式1，结构式2和结构式3中的一种或几种；

其中，R、R₁、R₂、R₃、R₄分别对应含1-5个碳原子数的烃基(可以两两成环)，-A为阴离子，n和m为环上取代基数量，n为0-6的整数，m为0-7的整数。

进一步，上述的电解液溶质的阳离子为：

N-甲基-1，4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵，

N-乙基-1，4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷铵，