專利名稱：：一種超級(jí)電容器電解液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器電解液。
背景技術(shù)：
：超級(jí)電容器靠電極材料與電解液界面形成雙電層積蓄電荷，其與電池相比具有很多方面的優(yōu)點(diǎn)(1)由于不伴有化學(xué)反應(yīng)，其具有優(yōu)異的快速充放電特性；(2)其高比表面電極材料不存在過充導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)破壞的情況，且環(huán)境友好；G)循環(huán)壽命上十萬次，經(jīng)久耐用免維修；(4)可在-4080'C的寬范圍溫度條件下使用。目前，超級(jí)電容器已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段，產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于電子消費(fèi)品、動(dòng)力電源、移動(dòng)設(shè)備、國(guó)防設(shè)施等諸多領(lǐng)域。然而，由于超級(jí)電容器使用具有豐富孔結(jié)構(gòu)的高比表面積材料(炭材料、金屬氧化物材料、導(dǎo)電聚合物材料，有機(jī)體系目前多使用炭材料)作為電極材料，微孔表面的利用率也就是電解液對(duì)電極材料微孔的潤(rùn)濕性成了材料比電容大小的決定性因素。目前，市場(chǎng)上或?qū)＠墨I(xiàn)所公開的超級(jí)電容器電解液主要以質(zhì)子惰性液體為溶劑，如申請(qǐng)?zhí)枮?00610046994.6，發(fā)明名稱為"一種超級(jí)電容器的電解液"的中國(guó)專利公開了一種超級(jí)電容器的電解液，該電解液，至少包括一種咪唑的四氟硼酸或者六氟磷酸鹽溶解在質(zhì)子惰性溶劑中，電解液在室溫時(shí)濃度從0.5mol/L到3.0mol/L。申請(qǐng)?zhí)枮?00610047513.3，發(fā)明名稱為"一種超級(jí)電容器高溫電解液"，溶質(zhì)為N'-三烷基-N-烷氧?；姆鹚猁}或六氟磷酸鹽或高氯酸鹽或三氟甲基磺酸鹽，溶劑為質(zhì)子惰性溶劑，在室溫時(shí)濃度為0.8-2.0mo1/1。質(zhì)子惰性溶劑粘度偏高，表面張力偏大，對(duì)高比表面材料潤(rùn)濕性較差，不利于超級(jí)電容器電容量的發(fā)揮，且電極材料與電解液的接觸電阻偏大，很難滿足高功率超級(jí)電容器內(nèi)阻小的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超級(jí)電容器電解液，降低電解液的表面張力，提高電解液對(duì)電極材料的潤(rùn)濕性，以提高電極材料的利用率，降低超級(jí)電容器電極與電解液的接觸內(nèi)阻。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案一種超級(jí)電容器電解液，該電解液包括電解質(zhì)鹽、非水有機(jī)溶劑和至少有一端含有疏水基團(tuán)的非離子型表面活性劑。所述的電解質(zhì)鹽的陽(yáng)離子為垸基季銨鹽離子或垸基季磷鹽離子中任何一種；陰離子為四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子、高氯酸根離子或三氟甲基磺酸根離子中任何一種。所述的非水有機(jī)溶劑為質(zhì)子惰性的碳酸酯類、腈類和醚類中的一種或幾種。所述的表面活性劑的疏水基團(tuán)中含有碳氟鍵、碳硅鍵和硅氧鍵中的一種或幾種。所述的表面活性劑為如下結(jié)構(gòu)式中的化合物中的一種或幾種-F(CF2CF2)m(CH2CH20)nH(m=l9;n=l25)、H(CF2CF2)mCH20(CH2CH20)nH(m=l9;n=l30)、F(CF2CF2)mO(CH2CH20)n(CF2CF2)mF(m=l9;n=l25)、I(10《n《300)、COOCH2(CF2)10FCH3I(CH3)3Si~^O—T^r"0(C2H40)xCH3(1《n《20,l《x《15)、CH35所述的表面活性劑在電解液中的添加量占電解液總質(zhì)量的0.01%1%，優(yōu)選為0.05%0.3%。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和帶來的積極效果本發(fā)明的電解液中加入了至少有一端含有疏水基團(tuán)的非離子型表面活性劑，解決了超級(jí)電容器電解液對(duì)電極材料潤(rùn)濕難的問題，降低了電解液的表面張力，提高了潤(rùn)濕性，降低了電解液與電極材料的接觸電阻，提高了電極材料的利用率和比電容。本發(fā)明的電解液的表面張力(25°C)由表面張力儀測(cè)定。本發(fā)明的電解液的電化學(xué)性能由使用這些電解液的超級(jí)電容器的性能來評(píng)價(jià)。測(cè)試用超級(jí)電容器的制備過程如下按質(zhì)量比8:1:1稱取電極活性材料(包括炭材料、金屬氧化物材料、導(dǎo)電聚合物材料)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑PTFE，加入適量無水乙醇在瑪瑙研缽中研磨均勻，調(diào)漿，涂覆于鋁箔上，在IO(TC的烘箱中烘干，并制成直徑為14mm的電(CF3)2C—CF3—(C2H40)n(QH60)mCH2CH《H2(n=l20;m=l20)(CF2)3FCF3I(CH3)3SiO—T")^0(C3H60)yCH3(1《n《20'l《y《15)CF3或CF3CF2Si~O0(C4H80)yCF3(Kn《20，l《y《15)Ic=cHiHc——&——c極片，取兩片等質(zhì)量的電極，夾以隔膜，在手套箱中注入電解液組裝成CR2032型扣式超級(jí)電容器。在電化學(xué)工作站上測(cè)定其阻抗，用計(jì)時(shí)電位法恒流充放電測(cè)算其比電容。圖1為實(shí)施例2中活性炭材料在各不同表面活性劑含量電解液中的交流阻抗譜。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述，本發(fā)明的實(shí)施包括但不限于下例實(shí)施方式。實(shí)施例1以四氟硼酸四乙基銨/碳酸丙烯酯(Et4NBF4/PC)溶液為空白電解液；在空白電解液中添加含有碳氟鍵如下式(l)的表面活性劑，得本發(fā)明的超級(jí)電容器電解液。F(CF2CF2)m(CH2CH20)nH(m=l9;n=l25)(1)本實(shí)施例中1mol/L的空白電解液和以1mol/L的空白電解液配制的含質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%表面活性劑的超級(jí)電容器電解液的表面張力和活性炭材料在這些電解液中的比電容如下表1所列表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表1可知，添加式(l)所示表面活性劑后，表面張力隨添加量遞減，比電容隨添加量遞增，添加量大于0.2%后，表面張力為未加前的40%以下，比電容增加近20F/g。實(shí)施例2以Et4NBF4/PC溶液為空白電解液；在空白電解液中添加含有碳氟鍵如下式(2)的表面活性劑，得本發(fā)明的超級(jí)電容器電解液。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(2)(CF2)3F本實(shí)施例中1mol/L的空白電解液和以1mol/L的空白電解液配制的含質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0.05%、0.1%、0.2%、0.3%表面活性劑的超級(jí)電容器電解液的表面張力和活性炭材料在這些電解液中的比電容如下表2所列表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表2可知，本實(shí)施例添加少量如式(2)所示的表面活性劑后，表面張力下降明顯，比電容有所增加，說明潤(rùn)濕性能提高；以活性炭電極在該電解液中做交流阻抗(附圖1)可知，添加表面活性劑后，半圓明顯縮小，說明活性炭電極與電解液的接觸電阻變小，潤(rùn)濕性能取得良好的積極效果；從阻抗曲線低頻區(qū)看，加入表面活性劑后曲線直線段斜率明顯增大，最終垂直實(shí)軸，說明電容特性比未加表面活性劑前更優(yōu)。實(shí)施例3以Et4NBF4/PC溶液為空白電解液；在空白電解液中添加含有碳硅鍵或硅氧鍵如下式(3)的表面活性劑，得本發(fā)明的超級(jí)電容器電解液。CH3i(CH3)3Si葉O—SjHh~0(C2H40)xCH3(1《n《20，l《x《15)(3)CH3本實(shí)施例中1mol/L的空白電解液和以1mol/L的空白電解液配制含質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0.05%、0.1%、0.2%、0.3%表面活性劑的超級(jí)電容器電解液的表面張力和活性炭材料在這些電解液中的比電容如下表3所列表3<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>以Et4NBF4/PC溶液為空白電解液；在空白電解液中添加含有碳硅鍵或硅氧鍵如下式C4)的表面活性劑，得本發(fā)明的超級(jí)電容器電解液。CF3I(CH3)3Si~eO—，Hs"0(C3H60)yCH3(1《n《20,l《y化)(4)CF3本實(shí)施例中1moI/L的空白電解液和以1mol/L的空白電解液配制含質(zhì)量百分?jǐn)?shù)0.05%、0.1%、0.2%、0.3%表面活性劑的超級(jí)電容器電解液的表面張力和活性炭材料在這些電解液中的比電容如下表4所列表4<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)施例5以Et4NBFVPC溶液為空白電解液；在空白電解液中添加含有碳氟鍵如下式(5)的表面活性劑，得本發(fā)明的超級(jí)電容器電解液。H(CF2CF2)mCH20(CH2CH20)nH(m=l9;n=l30)(5)本實(shí)施例中1mol/L的空白電解液和以1mol/L的空白電解液配制含質(zhì)量百分?jǐn)?shù)0.05%、0.1%、0.2%、0.3%表面活性劑的超級(jí)電容器電解液的表面張力和活性炭材料在這些電解液中的比電容如下表5所列表5<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)施例6以EUNBF4/PC溶液為空白電解液；在空白電解液中添加含有碳氟鍵如下式(6)的表面活性劑，得本發(fā)明的超級(jí)電容器電解液。F(CF2CF2)mO(CH2CH20)n(CF2CF2)mF(m=l9;n=l25)(6)本實(shí)施例中1mol/L的空白電解液和以1mol/L的空白電解液配制含質(zhì)量百分?jǐn)?shù)0.05%、0.1%、0.2%、0.3%表面活性劑的超級(jí)電容器電解液的表面張力和活性炭材料在這些電解液中的比電容如下表6所列-表6<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實(shí)施例7以Et4NBF4/PC溶液為空白電解液；在空白電解液中添加含有碳氟鍵如下式(7)的表面活性劑，得本發(fā)明的超級(jí)電容器電解液。"eCH2——CJH^"I(10《n《300)(7)COOCH2(CF2)10F本實(shí)施例中1mol/L的空白電解液和以1mol/L的空白電解液配制含質(zhì)量百分?jǐn)?shù)0.05%、0.1%、0.2%、0.3%表面活性劑的超級(jí)電容器電解液的表面張力和活性炭材料在這些電解液中的比電容如下表7所列表7<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實(shí)施例8以Et4NBF4/PC溶液為空白電解液；在空白電解液中添加含有碳硅鍵或硅氧鍵如下式(8)的表面活性劑，得本發(fā)明的超級(jí)電容器電解液。CH3ICF3CF2Si~O—，Hs"0(C4H80)yCF3(1《n《20,l《y《15)(8)CH3本實(shí)施例中1molZL的空白電解液和以1mol/L的空白電解液配制含質(zhì)量百分?jǐn)?shù)0.05°/。、0.1%、0.2%、0.3%表面活性劑的超級(jí)電容器電解液的表面張力和活性炭材料在這些電解液中的比電容如下表8所列表8<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>實(shí)施例9以lmol/L四氟硼酸四乙基銨/乙腈(Et4NBF4/AN)溶液為空白電解液；在空白電解液中添加如式(l)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)和(8)的表面活性劑，分別配制含占總質(zhì)量0.01%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%、0.8%、1%表面活性劑的7種濃度的超級(jí)電容器電解液。實(shí)施例10以lmol/L四氟硼酸四乙基磷/碳酸丙烯酯(Et4PBF4/PC)溶液為空白電解液；在空白電解液中添加如式(l)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)和(8)的表面活性劑，分別配制含占總質(zhì)量0.01%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%、0.8%、1%表面活性劑的7種濃度的超級(jí)電容器電解液。實(shí)施例11以1mol/L四氟硼酸四乙基磷/乙腈(Et4PBF4/AN)溶液為空白電解液；在空白電解液中添加如式(l)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)和(8)的表面活性劑，分別配制含占總質(zhì)量0.01%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%、0.8%、1%表面活性劑的7種濃度的超級(jí)電容器電解液。實(shí)施例12以lmol/L六氟磷酸四乙基銨/碳酸丙烯酯(Et4NPF6/PC)溶液為空白電解液；在空白電解液中添加如式(l)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)實(shí)施例13以1mol/L六氟磷酸四乙基銨/乙腈(Et4NPF6/AN)溶液為空白電解液；在空白電解液中添加如式(l)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)和(8)的表面活性劑，分別配制含占總質(zhì)量0.01%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%、0.8%、1%表面活性劑的7種濃度的超級(jí)電容器電解液。實(shí)施例14以0.5mol/L六氟磷酸四甲基銨/丙腈溶液為空白電解液;在空白電解液中添加如式(l)、(3)、(5)、(6)和(8)的表面活性劑，分別配制含占總質(zhì)量0.05%、0.1%、0.2%、0.5%表面活性劑的4種濃度的超級(jí)電容器電解液。實(shí)施例15以1.1mol/L六氟磷酸四甲基磷/碳酸丙烯酯+二甲氧基乙醚溶液為空白電解液；在空白電解液中添加如式(l)、(2)、(4)、(6)和(8)的表面活性劑，分別配制含占總質(zhì)量為0.05%、0.1%、0.2%、0.5%表面活性劑的4種濃度的超級(jí)電容器電解液。實(shí)施例16以0.9mol/L四氟硼酸四丙基磷/乙腈+二甲氧基乙醚溶液為空白電解液；在空白電解液中添加如式(1)和(4)的表面活性劑，分別配制含占總質(zhì)量0.05%、0.1%、0.2%、0.5%表面活性劑的4種濃度的超級(jí)電容器電解液。實(shí)施例17以1.0mol/L高氯酸四乙基銨/碳酸丙烯酯溶液為空白電解液；在空白電解液中添加如式(5)和(7)的表面活性劑，分別配制含占總質(zhì)量0.05%、0.1%、0.2%、0.5%表面活性劑的4種濃度的超級(jí)電容器電解液。實(shí)施例18以0.9mol/L三氟甲基磺酸四乙基銨/碳酸丙烯酯溶液為空白電解液；在空白電解液中添加如式(2)、(4)和(7)的表面活性劑，分別配制含占總質(zhì)量0.05%、0.1%、0.2%、0.5%表面活性劑的4種濃度的超級(jí)電容器電解液。實(shí)施例19以1.1mol/L高氯酸四乙基磷/碳酸丙烯酯溶液為空白電解液；在空白電解液中添加如12式(6)、(7)和(8)的表面活性劑，分別配制含占總質(zhì)量0.01%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%表面活性劑的5種濃度的超級(jí)電容器電解液。實(shí)施例20以0.8mol/L三氟甲基磺酸四乙基磷/乙腈溶液為空白電解液；在空白電解液中添加如式(4)、(5)和(6)的表面活性劑，分別配制含占總質(zhì)量0.01%、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%表面活性劑的6種濃度的超級(jí)電容器電解液。實(shí)施例21以1.0mol/L高氯酸四甲基銨/碳酸丙烯酯+二甲氧基乙醚溶液為空白電解液；在空白電解液中添加如式(4)和(8)的表面活性劑，分別配制含占總質(zhì)量0.05%、0.1%、0.2%、0.3%表面活性劑的4種濃度的超級(jí)電容器電解液。實(shí)施例22以1.1mol/L三氟甲基磺酸四丁基磷/乙腈+二甲氧基乙醚溶液為空白電解液；在空白電解液中添加如式(3)和(7)的表面活性劑，分別配制含占總質(zhì)量0.02%、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%表面活性劑的5種濃度的超級(jí)電容器電解液。權(quán)利要求1、一種超級(jí)電容器電解液，包括電解質(zhì)鹽、非水有機(jī)溶劑，其特征在于它還包括至少有一端含有疏水基團(tuán)的非離子型表面活性劑。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器電解液，其特征在于所述的電解質(zhì)鹽的陽(yáng)離子為垸基季銨鹽離子或烷基季磷鹽離子中的任何一種，陰離子為四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子、高氯酸根離子或三氟甲基磺酸根離子中的任何一種。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器電解液，其特征在于所述的非水有機(jī)溶劑為質(zhì)子惰性的碳酸酯類、腈類和醚類中的一種或幾種。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器電解液，其特征在于所述的表面活性劑的疏水基團(tuán)中含有碳氟鍵、碳硅鍵和硅氧鍵中的一種或幾種。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的超級(jí)電容器電解液，其特征在于所述的潤(rùn)濕性表面活性劑為如下結(jié)構(gòu)式的化合物屮的一種或幾種<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>(CH3)3Si~^O—，Hs~0(C3H60)yCH3(1《n《20，l《y《15)CF3或CH3CF3CF2Si~0—T^H"0(C4H80)yCF3(1《n《20,l《y《15)。CH36、根據(jù)權(quán)利要求l、4或5中任何一項(xiàng)所述的超級(jí)電容器電解液，其特征在于所述的表面活性劑在電解液中的添加量占電解液總質(zhì)量的0.01%1%。7、根據(jù)權(quán)利要求6中任何一項(xiàng)所述的超級(jí)電容器電解液，其特征在于所述的表面活性劑在電解液中的添加量占電解液總質(zhì)量的0.05%0.3%。全文摘要本發(fā)明公開了一種超級(jí)電容器電解液，包括電解質(zhì)鹽、非水有機(jī)溶劑，其特征在于它還包括至少有一端含有疏水基團(tuán)的非離子型表面活性劑。所述的表面活性劑的疏水基團(tuán)中含有碳氟鍵、碳硅鍵和硅氧鍵中的一種或幾種。本發(fā)明解決了超級(jí)電容器電解液對(duì)電極材料潤(rùn)濕難的問題，降低了電解液的表面張力，提高了潤(rùn)濕性，降低了電解液與電極材料的接觸電阻，提高了電極材料的利用率和比電容。文檔編號(hào)H01G9/035GK101465212SQ20091003655公開日2009年6月24日申請(qǐng)日期2009年1月12日優(yōu)先權(quán)日2009年1月12日發(fā)明者劉建生,周邵云,張利萍,張若昕,李永坤,楊春巍申請(qǐng)人:廣州天賜高新材料股份有限公司