專利名稱：一種提高雙電層電容器比電容的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用有機(jī)溶劑來改良離子液體從而提高電容器比電容的方法。
背景技術(shù)：
離子液體又名室溫熔鹽，是一種在室溫或接近室溫的條件下呈現(xiàn)液態(tài)的鹽。但由于離子液體本身的粘度高，阻礙其離子的自由運(yùn)動(dòng)，從而使其在作為電容器的電解液時(shí)比電容不高。為此日本發(fā)明專利1641922報(bào)道在離子液體中添加氟代烴化合物，能夠降低電解液的粘度，提高了雙電層電容器的電容。但缺點(diǎn)是作為與離子液體混合的有機(jī)溶劑必須滿足其介電常數(shù)高、電化學(xué)穩(wěn)定性好和沸點(diǎn)高等要求，而氟代烴沸點(diǎn)和穩(wěn)定性都很差。將有機(jī)溶劑碳酸酯類(如碳酸亞乙酯、碳酸二乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸亞丁酯等)添加到離子液體如季銨鹽(JP-A 61-32509、JP-A63-173312、JP-A 10-55717)和季磷鹽(JP-A 62-252927)，雖然能夠改善離子液體的溶解度，但由于離子液體的電化學(xué)窗口和電導(dǎo)率不高導(dǎo)致得到的電容器的比電容并不高僅為120F/g左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種通過在離子液體中添加有機(jī)溶劑來提高雙電層電容器比電容的方法。
本發(fā)明的雙電層電容器用電解液是由離子液體和有機(jī)溶劑組合而成，離子液體與有機(jī)溶劑的摩爾比為1∶9到9∶1。
如上所述的離子液體由咪唑鎓陽離子和四氟硼酸根(BF4-)、六氟磷酸根(PF6-)、高氯酸根(ClO4-)、乙酸根(CH3COO-)、三氟乙酸根(CF3COO-)、硫氰根(SCN-)、硫酸氫根(HSO4-)或磷酸根(PO4-)陰離子構(gòu)成。
如上所述的咪唑鎓陽離子和四氟硼酸根(BF4-)、六氟磷酸根(PF6-)、高氯酸根(ClO4-)、乙酸根(CH3COO-)、三氟乙酸根(CF3COO-)、硫氰根(SCN-)、硫酸氫根(HSO4-)或磷酸根(PO4-)陰離子可由其組成的一種物質(zhì)提供?？梢赃x自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑高氯酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽、1-乙基-3-甲基咪唑硫氰鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑高氯酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑乙酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑三氟乙酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽或1-丁基-3-甲基咪唑硫氰鹽。
如上所述的咪唑鎓陽離子包括1-乙基-3-甲基咪唑陽離子和1-丁基-3-甲基咪唑陽離子。
所述有機(jī)溶劑為乙腈、丙酮、γ-丁內(nèi)酯、甲苯之中的至少一種。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的方法可使電解液具有粘度低、流動(dòng)性好、電導(dǎo)率高、電化學(xué)窗口寬等優(yōu)點(diǎn)，因此使用這種電解液，可大大提高雙電層電容器的比電容。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1所用的電解液是由離子液體1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(以下簡(jiǎn)稱[EMIm]BF4)和有機(jī)溶劑乙腈(以下簡(jiǎn)稱為AN)按摩爾比4∶6混合制得。進(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，即在25℃，上限電壓1.5伏特、下限電壓0伏特、恒定電流1毫安的條件下，反復(fù)進(jìn)行充/放電，50個(gè)循環(huán)后，得到比電容為240F/g。離子液體[EMIm]BF4中不添加任何有機(jī)溶劑，測(cè)試其作為電容器電解液的比電容為150F/g。
實(shí)施例2所用的電解液是由離子液體[EMIm]BF4和有機(jī)溶劑AN按摩爾比1∶9混合制得。進(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到比電容為186F/g。離子液體[EMIm]BF4中不添加任何有機(jī)溶劑，測(cè)試其作為電容器電解液的比電容為150F/g。
實(shí)施例3所用的電解液是由離子液體[EMIm]BF4和有機(jī)溶劑AN按摩爾比9∶1混合制得。進(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到比電容為194F/g。離子液體[EMIm]BF4中不添加任何有機(jī)溶劑，測(cè)試其作為電容器電解液的比電容為150F/g。
實(shí)施例4所用的電解液是由離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(以下簡(jiǎn)稱[BMIm]BF4)和有機(jī)溶劑丙酮按摩爾比4∶6混合制得。進(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到比電容為202F/g。離子液體[BMIm]BF4中不添加任何有機(jī)溶劑，測(cè)試其作為電容器電解液的比電容為140F/g。
實(shí)施例5所用的電解液是由離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(以下簡(jiǎn)稱[BMIm]PF6)和有機(jī)溶劑γ-丁內(nèi)酯按摩爾比2∶8混合制得。進(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到比電容為195F/g。離子液體[BMIm]PF6中不添加任何有機(jī)溶劑，測(cè)試其作為電容器電解液的比電容為135F/g。
實(shí)施例6所用的電解液是由離子液體1-乙基-3-甲基咪唑高氯酸鹽(以下簡(jiǎn)稱[EMIm]ClO4)和有機(jī)溶劑甲苯按摩爾比7∶3混合制得。進(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到比電容為200F/g。離子液體[EMIm]ClO4中不添加任何有機(jī)溶劑，測(cè)試其作為電容器電解液的比電容為148F/g。
實(shí)施例7所用的電解液是由離子液體1-乙基-3-甲基咪唑乙酸鹽(以下簡(jiǎn)稱[EMIm]CH3COO)和有機(jī)溶劑AN按摩爾比8∶2混合制得。進(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到比電容為202F/g。離子液體[EMIm]CH3COO中不添加任何有機(jī)溶劑，測(cè)試其作為電容器電解液的比電容為142F/g。
實(shí)施例8所用的電解液是由離子液體1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸鹽(以下簡(jiǎn)稱[EMIm]CF3COO)和有機(jī)溶劑AN按摩爾比3∶7混合制得。進(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到比電容為210F/g。離子液體[EMIm]CF3COO中不添加任何有機(jī)溶劑，測(cè)試其作為電容器電解液的比電容為148F/g。
實(shí)施例9所用的電解液是由離子液體1-丁基-3-甲基咪唑磷酸鹽(以下簡(jiǎn)稱[BMIm]PO4)和有機(jī)溶劑AN按摩爾比4∶6混合制得。進(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到比電容為220F/g。離子液體[BMIm]PO4中不添加任何有機(jī)溶劑，測(cè)試其作為電容器電解液的比電容為138F/g。
實(shí)施例10所用的電解液是由離子液體1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸鹽(以下簡(jiǎn)稱[EMIm]SCN)和有機(jī)溶劑γ-丁內(nèi)酯按摩爾比4∶6混合制得。進(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到比電容為265F/g。離子液體[EMIm]SCN中不添加任何有機(jī)溶劑，測(cè)試其作為電容器電解液的比電容為240F/g。
實(shí)施例11所用的電解液是由離子液體1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽(以下簡(jiǎn)稱[EMIm]HSO4)和有機(jī)溶劑甲苯按摩爾比3∶7混合制得。進(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到比電容為252F/g。離子液體[EMIm]HSO4中不添加任何有機(jī)溶劑，測(cè)試其作為電容器電解液的比電容為235F/g。
實(shí)施例12所用的電解液是由離子液體[EMIm]BF4和有機(jī)溶劑按摩爾比3∶7混合制得，所述有機(jī)溶劑為乙腈和甲苯按1∶1混合制得。進(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到比電容為233F/g。離子液體[EMIm]BF4中不添加任何有機(jī)溶劑，測(cè)試其作為電容器電解液的比電容為150F/g。
實(shí)施例13所用的電解液是由離子液體[BMIm]PO4和有機(jī)溶劑按摩爾比8∶2混合制得，所述有機(jī)溶劑為乙腈、丙酮和甲苯按1∶2∶3混合制得。進(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到比電容為205F/g。離子液體[BMIm]PO4中不添加任何有機(jī)溶劑，測(cè)試其作為電容器電解液的比電容為138F/g。
實(shí)施例14所用的電解液是由離子液體[BMIm]PF6和有機(jī)溶劑按摩爾比2∶8混合制得，所述有機(jī)溶劑為乙腈、丙酮、γ-丁內(nèi)酯和甲苯按摩爾比5∶4∶2∶1混合制得。進(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到比電容為200F/g。離子液體[BMIm]PF6中不添加任何有機(jī)溶劑，測(cè)試其作為電容器電解液的比電容為135F/g。
實(shí)施例15所用的電解液是由離子液體[BMIm]HSO4和有機(jī)溶劑按摩爾比3∶7混合制得，所述有機(jī)溶劑為丙酮、γ-丁內(nèi)酯和甲苯按摩爾比4∶2∶1混合制得。進(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到比電容為248F/g。離子液體[BMIm]HSO4中不添加任何有機(jī)溶劑，測(cè)試其作為電容器電解液的比電容為235F/g。
權(quán)利要求
1.一種提高雙電層電容器比電容的方法，其特征在于雙電層電容器用電解液是由離子液體和有機(jī)溶劑組合而成，離子液體與有機(jī)溶劑的摩爾比為1∶9到9∶1。
2.如權(quán)利要求1所述的一種提高雙電層電容器比電容的方法，其特征在于所述的離子液體由咪唑鎓陽離子和四氟硼酸根、六氟磷酸根、高氯酸根、乙酸根、三氟乙酸根、硫氰根、硫酸氫根或磷酸根陰離子構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的一種提高雙電層電容器比電容的方法，其特征在于所述的咪唑鎓陽離子是1-乙基-3-甲基咪唑陽離子或1-丁基-3-甲基咪唑陽離子。
4.如權(quán)利要求2所述的一種提高雙電層電容器比電容的方法，其特征在于所述的咪唑鎓陽離子和四氟硼酸根、六氟磷酸根、高氯酸根、乙酸根、三氟乙酸根、硫氰根、硫酸氫根或磷酸根陰離子是由一種物質(zhì)提供報(bào)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種提高雙電層電容器比電容的方法，其特征在于所述的一種物質(zhì)為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑高氯酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽、1-乙基-3-甲基咪唑硫氰鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑高氯酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑乙酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑三氟乙酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽或1-丁基-3-甲基咪唑硫氰鹽。
6.如權(quán)利要求1所述的一種提高雙電層電容器比電容的方法，其特征在于所述的有機(jī)溶劑為乙腈、丙酮、γ-丁內(nèi)酯、甲苯之中的至少一種。
全文摘要
一種提高雙電層電容器比電容的方法，其特征在于雙電層電容器用電解液是由離子液體和有機(jī)溶劑組合而成，離子液體與有機(jī)溶劑的摩爾比為1∶9到9∶1。本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單，得到的比電容大，能量密度高，應(yīng)用領(lǐng)域廣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01G9/038GK1794390SQ20051004825
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者李開喜, 孫國(guó)華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所