[发明专利]用于超级电容器及高功率电池用途的电解质

说明书

本发明涉及一种电化学元件，包括：基于腈基溶剂的电解质，其中，电解质盐包含NaClO4，且在该电化学元件的任何充电阶段，该电解质盐在放电状态下具有高体积莫耳浓度。

技术领域

本发明涉及可充电的电化学元件，例如：诸如高功率电池或快速充电的电池，以及超级电容器。具体而言，本发明涉及用于这些电化学元件的电解质的改良。

背景技术

高性能且低成本的超级电容器和快速电池有利于许多应用，例如，起动器电池或快速充电的电动交通工具。

用于超级电容器或者高功率或快速充电电池的电解质盐通常介于1至1.5的体积莫耳浓度范围，其对应于当前所使用的盐的离子导电率最大值。在本领域中，先前已知使用NaClO₄作为可用于乙腈溶剂的电解质盐。然而，所有相关的公开文献都描述在乙腈溶剂中使用1体积莫耳浓度或更低的NaClO₄盐的电解质配方。

随着有利于制造具有更高体积比电容的电双层超级电容器电极的技术发展，高浓度的超级电容器电解质的使用变得必要。例如，参考文献[2]描述一种使用基于乙腈溶剂的电解质的多孔碳基超级电容器电极，其体积比电容达170F/cm³。这些电极具有70％的空间填充，亦即，只有30％的电极体积是用于电解质的空的空间。根据参考文献[2]的资料，若所有电解质能够都在对称的电极体积内，则将这种对称型超级电容器充电至2.7V的电压将需要4体积莫耳浓度的初始盐浓度。在现有的电解质配方下，需要显着过量的电解质来使用这种电容量，透过最小化对这种过量电解质的需求而允许提升的体积比电容量的新颖电解质配方对工业和商业是有利的。

发明内容

在本发明中，公开了具有高离子导电率且具有成本效益，并且支持宽电压范围的高浓度盐。先前已知的高浓度电解质的导电性差且昂贵。

乙腈常用作为超级电容器中的电解质溶剂。其也可以用作为某些高功率和/或快速充电的电池中的电解质溶剂，其中，电极循环电压与其电压范围相容。本发明公开在基于乙腈溶剂的电解质的导电率、成本效益，以及与先进的电极结构的相容性方面的显着改善。这些改善是通过使用含有高浓度NaClO₄的电解质盐作为唯一的电解质盐或者与其他盐(共盐)组合，且与腈基溶剂组合来实现。本发明提升用于这些和其他应用的超级电容器与高功率电池的最新技术水准。这些改善实现在电解质的导电率、成本效益，以及与先进电极结构的相容性方面。因此，本发明有利于工业和商业。

附图说明

图1示出在乙腈溶剂中使用3体积莫耳浓度的NaClO₄盐浓度的对称型超级电容器的电容量变化；两个电极由多孔碳在铝基板上制成；该超级电容器在循环期间充电至2.7V；最初的30个循环以0.5mA/cm²的电流速率进行，并且后续的循环以2mA/cm²的电流速率进行。

具体实施方式

在本文中，参考附图公开本发明的详细实施例。

电化学元件可以至少包括：阳极、阴极，以及至少部分位于该阳极与该阴极之间的电解质。电化学元件可以进一步包括在该阳极与该阳极之间的隔板。电化学元件可以进一步包括一个或多个电荷载体。电化学元件可以进一步包括壳体。电化学元件的电解质可以包括钠基盐。电化学元件的电解质可以包括腈基溶剂。该电解质的钠基盐可以是NaClO₄。该电化学元件可以是对称的，在这种情况下，阳极材料和阴极材料基本上是相同的。该电化学元件可以是不对称的，在这种情况下，阳极材料和阴极材料基本上是不相同的。该电化学元件可以是超级电容器或电池。该电池可以是一次(一次性使用)电池或二次(可充电)电池。