《一种电解液溶质、电解液及高电压超级电容器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种电解液溶质、电解液及高电压超级电容器.pdf（10页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104134551A43申请公布日20141105CN104134551A21申请号201410295301122申请日20140626H01G11/6220130171申请人深圳新宙邦科技股份有限公司地址518118广东省深圳市坪山新区坪山沙坣同富裕工业区72发明人郑仲天曹英杰曹朝伟薛龙良向晓霞74专利代理机构深圳市博锐专利事务所44275代理人张明54发明名称一种电解液溶质、电解液及高电压超级电容器57摘要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。
2、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222辛烷铵，N,N二甲基1,4二氮杂二环222辛烷铵，N甲基1氮杂二环222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27V32V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。51INTCL权利要求书2页说明书7页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页10申请公布号CN104134551ACN104134551A1/2页21一种电解液溶质，用于高电压超级电容器，其特征在于，其化学结构。
3、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15个碳原子数的烃基，A为阴离子，N和M为环上取代基数量，N为06的整数，M为07的整数。2根据权利要求1所述的电解液溶质，其特征在于，所述电解液溶质的阳离子为N甲基1,4二氮杂二环222辛烷铵，N乙基1,4二氮杂二环222辛烷铵，N,N二甲基1,4二氮杂二环222辛烷铵，N甲基N乙基1,4二氮杂二环222辛烷铵，N,N二乙基1,4二氮杂二环222辛烷铵，N甲基1氮杂二环222辛烷铵和N乙基1氮杂二环222辛烷铵中的一种或几种。3根据权利要求2所述的电解液溶质，其特征在于，所述电解液溶质的阳离子为N甲。
4、基1,4二氮杂二环222辛烷铵，N,N二甲基1,4二氮杂二环222辛烷铵和N甲基1氮杂二环222辛烷铵中的一种或几种。4根据权利要求1所述的电解液溶质，其特征在于，所述阴离子为四氟硼酸根，六氟磷酸根，双氟磺酰亚胺，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。5根据权利要求4所述的电解液溶质，其特征在于，所述阴离子为四氟硼酸根。6根据权利要求1所述的电解液溶质，其特征在于，所述高电压超级电容器是指超级电容器充电截止电压为27V32V。7一种电解液，用于高电压超级电容器，包含溶剂和溶质，其特征在于，所述溶质含有权利要求16任一项所述的电解液溶质。8根据权利要求7所述的电解。
5、液，其特征在于，所述溶剂为腈、醚、酰胺、酯类和砜类溶剂的一种或两种以上混合溶剂。9根据权利要求8所述的电解液，其特征在于，所述溶剂为乙腈、丙腈、丁腈、甲氧基丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、丁内酯、戊内酯、1,3丙烷磺内酯、1,4丁烷磺内酯、环丁砜、甲基乙基砜、二甲基砜、二乙基砜、二甲基亚砜、二乙基亚砜和四亚甲基亚砜中的一种或两种以上混合溶剂。10一种高电压超级电容器，包含电解液和浸入电解液的电芯，电芯由两集电极及设置于两集电极中间的隔膜组成，两集电极上附着有活性炭，其特征在于，所述电解液溶质含有权利要求书CN104134551A2/2页3A，所述A为化学结构式为结构式1，结构式2和结。
6、构式3的物质中的一种或几种；其中，R、R1、R2、R3、R4分别对应含15个碳原子数的烃基，A为阴离子，N和M为环上取代基数量，N为06的整数，M为07的整数。11根据权利要求10所述的高电压超级电容器，其特征在于，所述A的阳离子为N甲基1,4二氮杂二环222辛烷铵，N,N二甲基1,4二氮杂二环222辛烷铵和N甲基1氮杂二环222辛烷铵中的一种或几种。12根据权利要求10所述的高电压超级电容器，其特征在于，所述阴离子为四氟硼酸根，六氟磷酸根，双氟磺酰亚胺，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。13根据权利要求10所述的高电压超级电容器，其特征在于，所述溶剂为乙腈。
7、、丙腈、丁腈、甲氧基丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、丁内酯、戊内酯、1,3丙烷磺内酯、1,4丁烷磺内酯、环丁砜、甲基乙基砜、二甲基砜、二乙基砜、二甲基亚砜、二乙基亚砜和四亚甲基亚砜中的一种或两种以上混合溶剂。14根据权利要求10所述的高电压超级电容器，其特征在于，其充电截止电压为27V32V。15根据权利要求10所述的高电压超级电容器，其特征在于，其充电截止电压为2730V，所述电解液溶质为三甲基丙基四氟硼酸铵，溶剂为碳酸丙烯酯。16根据上述权利要求10所述的高电压超级电容器，其特征在于，其充电截止电压为2832V，所述电解液溶质为三甲基丙基四氟硼酸铵，溶剂为乙腈。17根据上述权利要。
8、求1016任一项所述的高电压超级电容器，所述电解液中A的浓度为0515MOL/L。权利要求书CN104134551A1/7页4一种电解液溶质、电解液及高电压超级电容器技术领域0001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0002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。。
9、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4070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。0003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ECV2/2，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。
10、化的超级电容器电解液在超过27V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。0004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。
11、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0005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。0006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；0007说明书CN104134551A2/7页50008其中，R、R1、R2、R3、R4分。
12、别对应含15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06的整数，M为07的整数。0009进一步，上述的电解液溶质的阳离子为0010N甲基1,4二氮杂二环222辛烷铵，0011N乙基1,4二氮杂二环222辛烷铵，0012N,N二甲基1,4二氮杂二环222辛烷铵，0013N甲基N乙基1,4二氮杂二环222辛烷铵，0014N,N二乙基1,4二氮杂二环222辛烷铵，0015N甲基1氮杂二环222辛烷铵和N乙基1氮杂二环222辛烷铵中的一种或几种。0016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222辛烷铵，N,N二甲基1,4二氮杂二环222辛烷铵和N甲基1。
13、氮杂二环222辛烷铵中的一种或几种。0017进一步，上述的电解液溶质的阴离子为四氟硼酸根，六氟磷酸根，双氟磺酰亚胺，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。0018进一步，上述的电解液溶质的阴离子为四氟硼酸根。0019进一步，上述高电压超级电容器是指超级电容器充电截止电压为27V32V。0020本发明的另一技术方案为提供一种电解液，用于高电压超级电容器，包含溶剂和溶质，所述溶质含有上述的任一项的电解液溶质。0021进一步的，上述的电解液中，所述溶剂为腈、醚、酰胺、酯类和砜类溶剂的一种或两种以上混合溶剂。0022进一步的，上述的电解液中的溶剂为乙腈、丙腈、丁腈、甲氧。
14、基丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、丁内酯、戊内酯、1,3丙烷磺内酯、1,4丁烷磺内酯、环丁砜、甲基乙基砜、二甲基砜、二乙基砜、二甲基亚砜、二乙基亚砜和四亚甲基亚砜中的一种或两种以上混合溶剂。0023本发明的又一技术方案为提供一种高电压超级电容器，包含电解液和浸入电解液的电芯，电芯由两集电极及设置于两集电极中间的隔膜组成，两集电极上附着有活性炭，所述电解液溶质含有A，所述A为化学结构式为结构式1，结构式2和结构式3的物质中的一种或几种；其中，R、R1、R2、R3、R4分别对应含15个碳原子数的烃基，A为阴离子，N和M为环上取代基数量，N为06的整数，M为07的整数。0024上述方案中，。
15、所述电解液中A的浓度为0,0520MOL/L，优选0515MOL/L。说明书CN104134551A3/7页60025进一步的，上述的高电压超级电容器中A的阳离子为N甲基1,4二氮杂二环222辛烷铵，N,N二甲基1,4二氮杂二环222辛烷铵和N甲基1氮杂二环222辛烷铵中的一种或几种。0026进一步的，上述的高电压超级电容器中，所述阴离子为四氟硼酸根，六氟磷酸根，双氟磺酰亚胺，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。0027进一步的，上述的高电压超级电容器中，所述溶剂为乙腈、丙腈、丁腈、甲氧基丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、丁内酯、戊内酯、1,3丙烷磺内。
16、酯、1,4丁烷磺内酯、环丁砜、甲基乙基砜、二甲基砜、二乙基砜、二甲基亚砜、二乙基亚砜和四亚甲基亚砜中的一种或两种以上混合溶剂。0028进一步的，上述的高电压超级电容器的充电截止电压为27V32V。0029优选的，所述的高电压超级电容器的充电截止电压为2730V，电解液溶质为三甲基丙基四氟硼酸铵，溶剂为碳酸丙烯酯。0030优选的，所述的高电压超级电容器的充电截止电压为2832V，所述电解液溶质为三甲基丙基四氟硼酸铵，溶剂为乙腈。0031本发明的有益效果为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27V32V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,。
17、又大大的延长了高电压超级电容器的工作寿命。具体实施方式0032为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式详予说明。0033本发明中电解液溶质可以用如下方法合成对应的有机胺如1,4二氮杂二环222辛烷与碳酸二甲酯DMC按一定摩尔比DMC/1,4二氮杂二环222辛烷1025反应生成季铵碱；季铵碱与含相应阴离子的酸如HBF4或铵盐如NH4PF6或有机金属盐如LICF3SO3等反应得粗产物；粗产物在合适的溶剂中经重结晶提纯，即可得到电容级的高纯溶质盐。0034在手套箱中组立超级电容器模型电芯包括铝箔制作的两集电极、由活性炭制作的两工作电极和在其间插入的纤维布隔膜，但并不局。
18、限于此种结构。将电芯浸入以下对比例和实施例中的电解液中，采用铝壳和胶粒组立封口。0035超级电容器测试过程为00361预循环10次25，充电截止电压U、恒定电流10MA/F进行充电；然后按下限电压U/2，恒定电流10MA/F进行放电；0037265高温箱中，恒定电流10MA/F充电至上限电压U，恒压U一定时间；00383取出超级电容器并冷却至25，再进行充放电测试，测试条件同预循环，并计算超级电容器的容量保持率、ESR增长率。00394以容量保持率60，和或ESR增长率100时，作为超级电容器寿命的判断标准。0040实施例1说明书CN104134551A4/7页70041以N甲基1,4二氮杂二。
19、环222辛烷四氟硼酸铵MDACOBF4为溶质，AN为溶剂，配制10MOL/L电解液，并测定其在25时的电导率，且把电解液的溶质、溶剂及浓度作调整,具体如下述实施例和对比例所示，电导率结果列于表1中。用本实施例电解液制作超级电容器并对其进行电化学性能测试，寿命测试结果列于表2中。0042实施例2120043与实施例1条件一致，把电解液的溶质、溶剂及浓度作调整，各详细数据见表25所示。其中各溶质的化学结构式如下004400450046用上述实施例的电解液制作超级电容器并对其进行电化学性能测试，寿命测试结果分别列于表2表5中。0047对比例1说明书CN104134551A5/7页80048以四乙基四。
20、氟硼酸铵为溶质，AN为溶剂，配制10MOL/L电解液，并测定其在25时的电导率，结果列于表1中。用该电解液制作超级电容器并对其进行电化学性能测试，寿命测试结果列于表2中。0049对比例250050与对比例1条件一致，将电解液的溶质、溶剂及浓度作调整，各详细数据见表25所示，用这些电解液制作超级电容器并对其进行电化学性能测试，寿命测试结果分别列于表2表5中。0051表125时，各电解液的电导率005200530054表2电容器寿命数据0055说明书CN104134551A6/7页90056表3电容器寿命数据005700580059表4电容器寿命数据0060说明书CN104134551A7/7页100061表5电容器寿命数据00620063从表25中数据可以明显看出，在不同的溶剂体系中，在不同截止电压下，使用本发明中提到的高电压溶质制作的超级电容器，寿命明显延长，电化学性能显著提高。而从对比例可以看出，使用惯常的溶质制备电解液制作的超级电容器，在高电压下27V及以上，电容器的寿命大大缩短，且随着截止电压的升高，电容器的寿命衰减更严重。0064以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。说明书CN104134551A10。