[发明专利]一种高压石墨烯基水系锂离子电容器用电解液

说明书

本发明涉及一种高压石墨烯基水系锂离子电容器用电解液。本发明属于电解液技术领域。一种高压石墨烯基水系锂离子电容器用电解液，包括两部分：(1)水系电解液组分：将水与锂盐组合成水系电解液，锂盐为双氟磺酰亚胺锂、五氟苯基酰亚胺锂、二氟磷酸锂的一种或几种复配，质量比例为100：10‑99：30‑99，盐的总浓度为3‑20mol/L；(2)负极保护组分：负极保护组分即在负极表面涂覆一层带有导电疏水基团的保护层，该保护层为固态凝胶电解质层，为导电电解质双氟磺酰亚胺锂、五氟苯基酰亚胺锂、二氟磷酸锂的一种或几种复配，质量比例为100：10‑99：30‑99，盐的总浓度为1‑3mol/L以及碳酸酯类有机溶剂、聚合物单体。本发明具有电导率高，稳定存在，安全可靠，适用范围广等优点。

技术领域

本发明属于电解液技术领域，特别是涉及一种高压石墨烯基水系锂离子电容器用电解液。

背景技术

超级电容器是当前非常常见的新能源电源体系，可以用于混合动力新能源汽车电源、储能调频电源等等一系列领域，目前已经商用化的超级电容器其储能和充放电机理主要以物理的吸脱附为主，因此能量密度极低，且不能够进行长时间的储能。

锂离子电容器和锂离子电池的机理相近，正极一般使用活性炭类的炭材料，而负极一般使用锂离子电池的负极材料如石墨、硬碳等。锂离子在正负极之间穿梭从而完成充放电过程，由于负极使用了锂离子电池的负极材料，使得插入的锂离子的量可以通过负极的容量进行量化，进而使得锂离子电容器的能量密度相比于超级电容器而言能量密度更高，且可以进行一定时间的储能。

石墨烯作为当前研究非常热门的碳材料的一种，可以具有非常高的比表面积、导电性以及传热性能，因此在锂离子电容器中可以替代活性炭，从而成为锂离子电容器的正极材料。目前行业内所报道的锂离子电容器均为有机电解液体系，这主要是因为充放电过程中负极表面由于极化会产生一定的锂枝晶，枝晶遇到水会剧烈燃烧、放热乃至爆炸，因此水系电解液曾一度被认为是不能用于锂离子电池和电容器体系。而国内外文献有报道的水系电容器体系，但考虑到水的分解电压较低，因此工作电压一般在2.0V以下。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种高压石墨烯基水系锂离子电容器用电解液。

本发明的目的是提供一种具有电导率高，稳定存在，安全可靠，适用范围广等特点的高压石墨烯基水系锂离子电容器用电解液。

本发明在较高电压范围内(1.5-4.2V)可实现石墨烯基锂离子电容器稳定工作的水系电解液。由于采用了水溶液作为该电解液体系的一部分，使得电解液的电导率相比于市售的锂离子电池有机电解液提升了50％以上，再加上电极在该水系电解液中可稳定存在，因此也可避免由于枝晶锂与水反应造成的安全事故的发生。

本发明所述的电解液体系包括两部分：

(1)水系电解液组分

该部分是将水与高浓度锂盐组合成水系电解液。采用的高浓度锂盐为双氟磺酰亚胺锂、五氟苯基酰亚胺锂、二氟磷酸锂的一种或几种复配，比例为100：10-99：30-99(质量比)，盐的总浓度为3-20mol/L。

(2)负极保护组分

负极保护组分即在负极表面涂覆一层带有导电疏水基团的保护层，该保护层为固态凝胶电解质层，主要包括导电电解质(双氟磺酰亚胺锂、五氟苯基酰亚胺锂、二氟磷酸锂的一种或几种复配，比例为100：10-99：30-99(质量比)，盐的总浓度为1-3mol/L以及碳酸酯类有机溶剂、聚合物单体。

采用的碳酸酯类有机溶剂为带有直链结构碳酸酯和环状结构的碳酸酯的组合。其中直链结构的碳酸酯为甲基-2，2，2-三氟乙基碳酸酯和乙基-2，2，2-三氟乙基碳酸酯的组合，其组合比例为2：3-8(质量比)，其中环状结构的碳酸酯为双氟代EC(F2-EC)和碳酸丁烯酯的组合其组合比例为3：2-7(质量比)直链碳酸酯和环状碳酸酯的比例为2：1-3.5(质量比)。