[发明专利]一种耐高压水系电解液及其在高电压超级电容器中的应用

说明书

本发明公开了一种耐高压水系电解液，包括无机或有机盐、去离子水、离子液体、有机溶剂，其中，所述无机或有机盐占整个电解液的质量分数为10.05‑50wt％，离子液体在所述电解液中的质量分数为5‑20wt％，所述有机溶剂的质量分数为30.8％‑77.95wt％，其余为去离子水。本发明还公开了一种耐高压水系电解液在高电压超级电容器中的应用。本发明解决了现有技术中存在的水系电解液黏度大、导电性差、内阻大的问题。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种耐高压水系电解液，本发明还涉及该耐高压水系电解液在高电压超级电容器中的应用。

背景技术

随着近年来化石能源的不断枯竭和环境的不断恶化，人们对风能、太阳能、潮汐能等新型可持续能源的需求日益增加。超级电容器作为一种新型的储能器件具有功率密度高、循环寿命长、使用温度范围宽等突出优点，在军用设备领域、储能、电动工具、轨道交通等众多领域展示了巨大的应用潜力。

超级电容器现在常用电解液是有机电解液和水系电解液。商业化的有机电解液是以乙腈或碳酸丙烯酯为溶剂，四乙基四氟硼酸铵(Et₄NBF₄)或甲基三乙基四氟硼酸铵(Et₃MeNBF₄)为溶质的电解液。有机电解液的离子导电率低、粘度大，导致此超级电容器的功率密度低。同时有机电解液存在安全问题、组装需要在无水无氧的条件下，未来的发展将受到一定的限制。现在常用的水系电解液是NaCl、KOH、H₂SO₄水溶液，由于水的分解电压低，只有1.23V，导致由此电解液组装成的超级电容器能量密度低。由于此水系电解液超级电容器在高压下长期工作时，容量衰减快，循环寿命短，极大的限制了水系电解液在超级容器中的应用。

为了提高水系电解液的电压窗口，现在常用的方法是配置高浓度(≥5mol/L，质量摩尔浓度)的无机盐或有机盐水溶液(如：高浓度LiNO₃、NaSO₄、NaClO₄水溶液)，但由于盐的浓度太高，导致此种电解液的黏度特大、导电性不好、内阻大，因此降低此种水系电解液的黏度、提高电解液的导电性十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐高压水系电解液，解决了现有技术中存在的水系电解液黏度大、导电性差、内阻大的问题。

本发明的另一目的是提供一种耐高压水系电解液在高电压超级电容器中的应用。

本发明所采用的第一技术方案是，一种耐高压水系电解液，包括无机或有机盐、去离子水、离子液体、有机溶剂，其中，所述无机或有机盐占整个电解液的质量分数为10.05-50wt％，离子液体在所述电解液中的质量分数为5-20wt％，所述有机溶剂的质量分数为30.8％-77.95wt％，其余为去离子水。

本发明第一技术方案的特点还在于，

有机盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂，双三氟甲基磺酰亚胺锂在去离子水中的质量摩尔浓度为5-21mol/L。

离子液体中阴离子为四氟硼酸或双三氟甲磺酰亚胺根，所述离子液体的阳离子为咪唑、吡咯类、季铵、噻唑中的至少一种，其中，咪唑类离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体。

有机溶剂为低粘度有机溶剂，包括乙腈、丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、亚硫酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、环丁砜中的至少一种。

有机溶剂为乙腈、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯中的两种及两种以上的混合物。

本发明所采用的第二技术方案是，一种耐高压水系电解液在高电压超级电容器中的应用。

本发明第二技术方案的特点还在于，