[发明专利]一种水系钾离子电解液及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种水系钾离子电解液及其制备方法和应用，其制备方法为：在水中溶解三氟甲磺酸钾，获得三氟甲磺酸钾的盐包水电解液，加入磷酸三甲酯，加热使其混合均匀，制成清澈的溶液，即为水系钾离子电解液。本发明在降低了电解液成本和生产条件的基础上，拓宽了电解液的电化学窗口，提高了电解液的离子电导率，降低了电解液的粘度，同时使组装后的钾离子电容器具有较高的容量和长循环寿命。本发明能够作为钾离子电池和活性炭电容器的电解液使用，装配的活性炭对称电容器具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明属于钾离子电化学储能设备电解液领域，涉及一种水系钾离子电解液及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

超级电容器中常使用易挥发、易燃的有机电解液，存在较大的安全隐患，后期污染较大，阻碍了超级电容器在各领域中的大规模应用。高浓度的盐包水(Water-in-salt，WIS)电解液被证明可以有效克服传统水系电解液电化学窗口窄的缺点，相比于常见的铅酸电池2.2V的电压窗口，盐包水电解液可以将电化学窗口拓宽至3.2V以上。然而，现有的盐包水电解液面临诸多问题，高浓度的电解液中有机盐的含量远远高于水的含量，电解液的密度、粘度、成本增大，电导率下降，这些问题限制了盐包水电解液的商业化应用。双盐电解液为一种改进策略，通常选择高溶解度、低成本的无机盐，然而，并不能解决盐包水电解液粘度高和电导率低的问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种水系钾离子电解液及其制备方法和应用，能够使水系钾离子电解液达到盐包水的状态，并将其应用于以商用活性炭为活性物质的钾离子电容器中，在降低了电解液成本和生产条件的基础上，拓宽了电解液的电化学窗口，提高了电解液的离子电导率，降低了电解液的粘度，同时使组装后的钾离子电容器具有较高的容量和长循环寿命。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种水系钾离子电解液，其由三氟甲磺酸钾的盐包水电解液和磷酸三甲酯加热混合得到；其中所述三氟甲磺酸钾的盐包水电解液通过在水中溶解三氟甲磺酸钾获得。

另一方面，上述水系钾离子电解液的制备方法，包括如下步骤：

在水中溶解三氟甲磺酸钾，获得三氟甲磺酸钾的盐包水电解液，加入磷酸三甲酯，加热使其混合均匀，制成清澈的溶液，即为水系钾离子电解液。

本发明利用磷酸三甲酯与三氟甲磺酸钾可以任意比例互溶的性质，将其作为惰性添加剂。首先将三氟甲磺酸钾按照合适的浓度溶解在水中，静置令其溶解，形成清澈溶液。其次，向溶液中加入四倍于其体积的磷酸三甲酯，将液体转移到样品瓶中，密封后在烘箱中加热，获得清澈的水系钾离子电解液。

第三方面，一种上述水系钾离子电解液在钾离子电容器中的应用。

第四方面，一种钾离子电容器，包括活性炭对称电极、隔膜、外壳和上述电解液。

本发明的有益效果为：

(1)本发明在空气环境中制备了一种水系钾离子电解液，方法简单、成本低廉、易于实现，有较强的工业化潜力。

(2)本发明制备的电解液具有较宽的电压窗口，较高的离子电导率、较低的粘度和良好的高低温性能。

(3)使用本发明制备的水系电解液装配的活性炭电容器，具有优越的电池容量及稳定性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明实施例1制备的电解液原材料及电解液的光学照片。