[发明专利]水性电解液和包括该水性电解液的赝电容器

说明书

本发明涉及一种用于赝电容器的水性电解液和包括该水性电解液的赝电容器，更具体地，一种包含水性溶剂和一定浓度以上的锂盐和两性离子化合物的用于赝电容器的水性电解液，以及包括上述水性电解液的赝电容器。

技术领域

本申请要求基于2018年8月29日提交的韩国专利申请No.10-2018-0101953和2019年8月9日提交的韩国专利申请No.10-2019-0097202的优先权的权益，这两项专利申请的全部内容通过引用并入本说明书中。

本发明涉及一种用于赝电容器的水性电解液和包括上述水性电解液的赝电容器，所述水性电解液包含一定浓度以上的锂盐和两性离子化合物以提高电解液的低温稳定性。

背景技术

近来正在开发的所有下一代能量储存系统都利用电化学原理，并且以锂(Li)类二次电池和电化学电容器为代表。二次电池在每单位重量或体积累积的能量(能量密度)方面优异，但是在使用持续时间、充电时间和每单位时间可用的能量(功率密度)方面仍然表现出许多改善空间。

然而，电化学电容器在能量密度方面小于二次电池，但是在使用持续时间、充电时间和功率密度方面表现出比二次电池优异的特性。因此，在电化学电容器的情况下，正在积极地进行研究和开发以提高能量密度。

特别地，超级电容器是在常规电解电容器和新的二次电池无法使用的领域中具有独特性能特性的能量储存电源装置。这些超级电容器根据电化学电存储机理被分为利用双电层原理的双电层电容器(EDLC)和利用电化学法拉第反应原理的赝电容器。

双电层电容器利用电解质溶液的离子进行物理吸附和解吸，同时在电极表面上形成双电层，并且由于在用作电极的碳表面上形成孔隙而具有优异的功率密度。然而，存在的缺点是，由于电荷仅在表面上的双电层上累积，因此，由于蓄电容量低于利用法拉第反应的金属氧化物类或导电聚合物类超级电容器的蓄电容量，因而能量密度低。

使用赝电容器的金属氧化物类超级电容器是使用能够被氧化和还原的具有多原子价的金属氧化物的电容器。将其称为赝电容器的原因在于，电容器的特性通常由于形成了类似于双电层电容器的双电层，但是一些金属氧化物产生电容器特性而不是电池特性。然而，电化学反应通常使得难以产生类似电容器的特性。使用这种赝电容器的金属氧化物电极的超级电容器表现出质子通过金属氧化物的氧化和还原反应而移动的累积机理，因此，它具有比双电层电容器更高的比蓄电容量。此外，在金属氧化物类超级电容器的电极活性材料的情况下，由于在充电/放电的过程中，氧化和还原所需要的离子和电子必须在电解液和电极中以高速移动，因此，期望电极界面具有高比表面积，并且电极活性材料需要高电导率。

同时，通常，电容器中使用的电解液被分为水性电解液、非水性电解液和固体电解液。非水性电解液通常具有比水性电解液更高的粘度，并且具有低至1/10至1/100倍的电导率。因此，如果使用水性电解液，则具有电解液的内阻降低并且电容器的输出特性提高的优点。然而，由于电解液的冰点(熔点)比非水性电解液的冰点(熔点)相对更高，因此，当水性电解液暴露于低温环境时，会发生电解液的冻结，这导致利用范围显著缩小的问题。

[现有技术文献]

[专利文献]

韩国特许专利公开No.2014-0081276(2014.07.01),Lithium ion capacitor。

发明内容

技术问题

为了解决上述问题，作为提高赝电容器的低温稳定性的各种研究的结果，本发明的发明人已经证实，如果将一定浓度以上的锂盐和两性离子化合物加入到电容器的水性电解液中，则即使在低温环境中电解液也不冻结，并且电容器可以稳定工作，从而完成本发明。

因此，本发明的一个目的是提供一种具有提高的低温稳定性的用于赝电容器的水性电解液。