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電解液及其配制方法

文檔序號(hào):7157061閱讀:773來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:電解液及其配制方法
電解液及其配制方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種電解液,尤其涉及一種含有四氟硼酸鹽類離子液體的電解液及其配制方法。
背景技術(shù)
雙電層電容器是一種新型能量存儲(chǔ)裝置,具有高功率密度、高循環(huán)壽命、快速充放電性能好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域、移動(dòng)通訊裝置、計(jì)算機(jī)、以及電動(dòng)汽車的混合電源等。作為雙電層電容器的重要組成部分,電解液對(duì)雙電層電容器的儲(chǔ)電性能有很大影響,決定著電容器的等效內(nèi)阻,工作電壓范圍,儲(chǔ)電容量及工作溫度和工作環(huán)境。離子液體是在室溫或接近室溫的條件下完全由離子組成的有機(jī)液體物質(zhì)。作為一 種新型的電解液。離子液體作為電解液,具有電化學(xué)窗口寬、不揮發(fā)、不可燃、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。四氟硼酸鹽類離子液體因?yàn)樵铣杀镜?,是比較具有開發(fā)前景的離子液體電解液之一,然而,四氟硼酸鹽類離子液體吸濕性很強(qiáng),在電化學(xué)循環(huán)過程中,四氟硼酸鹽類離子液體吸收的水將參與電機(jī)反應(yīng)生成酸,酸會(huì)腐蝕雙層電容器的鋁箔,導(dǎo)致使用四氟硼酸鹽類離子液體做電解液的雙電層電容器的穩(wěn)定性降低。

發(fā)明內(nèi)容鑒于上述狀況,有必要提供一種可增加雙層電容器的穩(wěn)定性的電解液及其制備方法。一種電解液,包括四氟硼酸鹽類離子液體及溶于所述四氟硼酸鹽類離子液體中的烷基二亞胺類化合物,所述四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質(zhì)量比為I : O. 001 I : O. 05。在優(yōu)選的實(shí)施例中,所述烷基二亞胺類化合物為N,N’ - 二環(huán)己基碳二亞胺或N,N’ - 二環(huán)戊基碳二亞胺。在優(yōu)選的實(shí)施例中,所述四氟硼酸鹽類離子液體由四氟硼酸根陰離子與咪唑鹽類陽(yáng)離子、季胺鹽類陽(yáng)離子、吡咯鹽類陽(yáng)離子、季膦鹽類陽(yáng)離子或吡啶鹽類陽(yáng)離子構(gòu)成。在優(yōu)選的實(shí)施例中,所述咪唑鹽類陽(yáng)離子為I-丁基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子、I-丙基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子或I-乙基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子,所述季胺鹽類陽(yáng)離子為甲基三乙基季胺陽(yáng)離子、四乙基季胺陽(yáng)離子或三甲基丙基季胺陽(yáng)離子,所述吡咯鹽類陽(yáng)離子為丁基甲基吡咯陽(yáng)離子、丙基甲基吡咯陽(yáng)離子或乙基甲基吡咯陽(yáng)離子,所述季膦鹽類陽(yáng)離子為三甲基己基季膦陽(yáng)離子、三乙基己基季膦陽(yáng)離子或三甲基戊基季膦陽(yáng)離子,所述吡啶鹽類陽(yáng)離子為丁基吡啶陽(yáng)離子、戊基吡啶陽(yáng)離子或己基吡啶陽(yáng)離子。一種電解液,包括可由下述化學(xué)反應(yīng)得到的產(chǎn)物步驟一、提供質(zhì)量比為I : O. 001 I : O. 05的四氟硼酸鹽類離子液體和烷基二亞胺類化合物,所述四氟硼酸鹽類離子液體中含有不可避免的雜質(zhì),所述雜質(zhì)為水;步驟二、向所述四氟硼酸鹽類離子液體中加入烷基二亞胺類化合物并攪拌溶解。
在優(yōu)選的實(shí)施例中,所述四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質(zhì)量比為 I : O. 02 I : O. 05。在優(yōu)選的實(shí)施例中,所述烷基二亞胺類化合物為N,N’ - 二環(huán)己基碳二亞胺或N,N’ - 二環(huán)戊基碳二亞胺。一種電解液的配制方法,包括以下步驟步驟一、提供質(zhì)量比為I : O. 001 I : O. 05的四氟硼酸鹽類離子液體和烷基二亞胺類化合物;步驟二、向所述四氟硼酸鹽類離子液體中加入所述烷基二亞胺類化合物并攪拌溶
解。 在優(yōu)選的實(shí)施例中,所述四氟硼酸鹽類離子液體由三氟乙酸根陰離子與咪唑鹽類陽(yáng)離子、季胺鹽類陽(yáng)離子、吡咯鹽類陽(yáng)離子、季膦鹽類陽(yáng)離子或吡啶鹽類陽(yáng)離子構(gòu)成。在優(yōu)選的實(shí)施例中,所述烷基二亞胺類化合物為N,N’ - 二環(huán)己基碳二亞胺或N,N’ - 二環(huán)戊基碳二亞胺。上述電解液,通過加入烷基二亞胺類化合物,烷烴二亞胺類化合物能和水分子的H鍵結(jié)合,從而避免水參與電極反應(yīng)進(jìn)而生成酸腐蝕雙層電容器的鋁箔,能大大提高使用該四氟硼酸鹽類離子液體做電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性;且烷基二亞胺類化合物的添加能大幅增加使用該電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性,降低成本。

圖I為使用實(shí)施例一中的電解液的雙層電容器與傳統(tǒng)的雙層電容器在不同循環(huán)次數(shù)下的比電容值。
具體實(shí)施方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)電解液及其配制方法做進(jìn)一步詳細(xì)說明。一實(shí)施方式的電解液,包括四氟硼酸鹽類離子液體及溶于所述四氟硼酸鹽類離子液體中的烷基二亞胺類化合物,所述四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質(zhì)量比為I : O. 001 I : O. 05。四氟硼酸鹽類離子液體由四氟硼酸根陰離子與咪唑鹽類陽(yáng)離子、季胺鹽類陽(yáng)離子、吡咯鹽類陽(yáng)離子、季膦鹽類陽(yáng)離子或吡啶鹽類陽(yáng)離子構(gòu)成。優(yōu)選的,咪唑鹽類陽(yáng)離子為I-丁基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子、I-丙基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子或I-乙基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子。優(yōu)選的,季胺鹽類陽(yáng)離子為甲基三乙基季胺陽(yáng)離子、四乙基季胺陽(yáng)離子或三甲基丙基季胺陽(yáng)離子。優(yōu)選的,吡咯類陽(yáng)離子為丁基甲基吡咯陽(yáng)離子、丙基甲基吡咯陽(yáng)離子或乙基甲基吡咯陽(yáng)離子。優(yōu)選的,季膦鹽類陽(yáng)離子為三甲基己基季膦陽(yáng)離子、三乙基己基季膦陽(yáng)離子或三甲基戊基季膦陽(yáng)離子。優(yōu)選的,吡啶鹽類陽(yáng)離子為丁基吡啶陽(yáng)離子、戊基吡啶陽(yáng)離子或己基吡啶陽(yáng)離子。烷基二亞胺類化合物優(yōu)選為N,N’ - 二環(huán)己基碳二亞胺或N,N’ - 二環(huán)戊基碳二亞胺。可以理解,烷基二亞胺類化合物不限于為N,N’ - 二環(huán)己基碳二亞胺或N,N’ - 二環(huán)戊基碳二亞胺,只要是能與四氟硼酸鹽類離子液體中的水發(fā)生反應(yīng)即可。四氟硼酸鹽類離子液體與烷基二亞胺類化合物的質(zhì)量比優(yōu)選為I : 0.02 I O. 05ο上述電解液,通過加入烷基二亞胺類化合物,烷烴二亞胺類化合物能和水分子的H鍵結(jié)合,從而避免水參與電極反應(yīng)進(jìn)而生成酸腐蝕雙層電容器的鋁箔,能大大提高使用該四氟硼酸鹽類離子液體做電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性;且烷基二亞胺類化合物的添加能大幅增加使用該電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性,降低成本。一實(shí)施方式的電解液,包括可由下述化學(xué)反應(yīng)得到的產(chǎn)物步驟一、提供質(zhì)量比為I : O. 001 I : O. 05的四氟硼酸鹽類離子液體和烷基二亞胺類化合物,四氟硼酸鹽類離子液體中含有不可避免的雜質(zhì),所述雜質(zhì)為水。四氟硼酸鹽類離子液體由四氟硼酸根陰離子與咪唑鹽類陽(yáng)離子、季胺鹽類陽(yáng)離·子、吡咯鹽類陽(yáng)離子、季膦鹽類陽(yáng)離子或吡啶鹽類陽(yáng)離子構(gòu)成。優(yōu)選的,咪唑鹽類陽(yáng)離子為I-丁基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子、I-丙基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子或I-乙基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子。優(yōu)選的,季胺鹽類陽(yáng)離子為甲基三乙基季胺陽(yáng)離子、四乙基季胺陽(yáng)離子或三甲基丙基季胺陽(yáng)離子。優(yōu)選的,吡咯類陽(yáng)離子為丁基甲基吡咯陽(yáng)離子、丙基甲基吡咯陽(yáng)離子或乙基甲基吡咯陽(yáng)離子。優(yōu)選的,季膦鹽類陽(yáng)離子為三甲基己基季膦陽(yáng)離子、三乙基己基季膦陽(yáng)離子或三甲基戊基季膦陽(yáng)離子。優(yōu)選的,吡啶鹽類陽(yáng)離子為丁基吡啶陽(yáng)離子、戊基吡啶陽(yáng)離子或己基吡啶陽(yáng)離子。烷基二亞胺類化合物優(yōu)選為N,N’ - 二環(huán)己基碳二亞胺或N,N’ - 二環(huán)戊基碳二亞胺。可以理解,烷基二亞胺類化合物不限于為N,N’ - 二環(huán)己基碳二亞胺或N,N’ - 二環(huán)戊基碳二亞胺,只要是能與四氟硼酸鹽類離子液體吸濕的水發(fā)生反應(yīng)即可。四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質(zhì)量比優(yōu)選為I : O. 02 I O. 05ο步驟二、向四氟硼酸鹽類離子液體中加入烷基二亞胺類化合物并攪拌溶解。上述電解液制備時(shí),通過向四氟硼酸鹽類離子液體中加入烷基二亞胺類化合物,烷烴二亞胺類化合物能和水分子的H鍵結(jié)合,從而避免水參與電極反應(yīng)進(jìn)而生成酸腐蝕雙層電容器的鋁箔,能大大提高使用該四氟硼酸鹽類離子液體做電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性;且烷基二亞胺類化合物的添加能大幅增加使用該電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性,降低成本?!獙?shí)施方式的電解液的配制方法,包括以下步驟步驟一、提供質(zhì)量比為I : O. 001 I : O. 05的四氟硼酸鹽類離子液體和烷基二
亞胺類化合物。四氟硼酸鹽類離子液體由四氟硼酸根陰離子與咪唑鹽類陽(yáng)離子、季胺鹽類陽(yáng)離子、吡咯鹽類陽(yáng)離子、季膦鹽類陽(yáng)離子或吡啶鹽類陽(yáng)離子構(gòu)成。優(yōu)選的,咪唑鹽類陽(yáng)離子為I-丁基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子、I-丙基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子或I-乙基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子。優(yōu)選的,季胺鹽類陽(yáng)離子為甲基三乙基季胺陽(yáng)離子、四乙基季胺陽(yáng)離子或三甲基丙基季胺陽(yáng)離子。優(yōu)選的,吡咯類陽(yáng)離子為丁基甲基吡咯陽(yáng)離子、丙基甲基吡咯陽(yáng)離子或乙基甲基吡咯陽(yáng)離子。優(yōu)選的,季膦鹽類陽(yáng)離子為三甲基己基季膦陽(yáng)離子、三乙基己基季膦陽(yáng)離子或三甲基戊基季膦陽(yáng)離子。優(yōu)選的,吡啶鹽類陽(yáng)離子為丁基吡啶陽(yáng)離子、戊基吡啶陽(yáng)離子或己基吡啶陽(yáng)離子。
烷基二亞胺類化合物優(yōu)選為N,N’ - 二環(huán)己基碳二亞胺或N,N’ - 二環(huán)戊基碳二亞胺??梢岳斫?,烷基二亞胺類化合物不限于為N,N’ - 二環(huán)己基碳二亞胺或N,N’ - 二環(huán)戊基碳二亞胺,只要是能與四氟硼酸鹽類離子液體吸濕的水發(fā)生反應(yīng)即可。四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質(zhì)量比優(yōu)選為I : O. 02 I O. 05ο步驟二、向四氟硼酸鹽類離子液體中加入烷基二亞胺類化合物并攪拌溶解。上述電解液的配制方法,向四氟硼酸鹽類離子液體中加入烷基二亞胺類化合物,通過烷烴二亞胺類化合物與水分子的H鍵結(jié)合,從而去除四氟硼酸鹽類離子液體中游離的水,避免水參與電極反應(yīng)進(jìn)而生成酸腐蝕雙層電容器的鋁箔,能大大提高使用該四氟硼酸鹽類離子液體做電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性;且烷基二亞胺類化合物的添加能大幅增加使用該電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性,降低成本。以下為實(shí)施例部分實(shí)施例一將烷基二亞胺類化合物加入四氟硼酸鹽類離子液體中,攪拌至溶解可得到電解液。本實(shí)施方式中,烷基二亞胺類化合物為N,N’ - 二環(huán)己基碳二亞胺,四氟硼酸鹽類離子液體為I-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽,四氟硼酸鹽類離子液體與烷基二亞胺類化合物的質(zhì)量比為I : 0.05。本實(shí)施方式中,配制電解液時(shí),在手套箱中進(jìn)行,將N,N’ - 二環(huán)己基碳二亞胺加入I-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽中攪拌10 60分鐘使N,N’ - 二環(huán)己基碳二亞胺溶于I-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽中。 將上述電解液應(yīng)用于雙層電容器并測(cè)定該雙層電容器穩(wěn)定性。測(cè)試穩(wěn)定性時(shí),以石墨烯為電極材料,使用實(shí)施例一制備的電解液,組裝成扣式電池,利用CHI660A電化學(xué)工作站對(duì)其進(jìn)行恒流充放電測(cè)試,測(cè)得其比電容保持率,即于30攝氏度條件下,在O 2ν窗口范圍內(nèi),以lA/g的恒電流反復(fù)充放電1000個(gè)循環(huán)后的比電容與首次充放電比電容的比值。請(qǐng)參閱圖1,圖I為使用本實(shí)施例中的電解液的雙層電容器與使用未添加N,N’_二環(huán)己基碳二亞胺的四氟硼酸鹽類離子液體作為電解液的雙層電容器在不同循環(huán)次數(shù)下的比電容值。從圖I中可以看出,使用本實(shí)施例提供的電解液的雙層電容器的首次充放電比電容為108. 19F/g,循環(huán)1000次后的比電容為92. 75F/g,其保持率為85. 73% ;而使用未添加N,N’ - 二環(huán)己基碳二亞胺的四氟硼酸鹽類離子液體作為電解液的雙層電容器的首次充放電比電容為108. 7F/g,循環(huán)1000次后的比電容為83. 03F/g,其保持率為76. 38%;使用本實(shí)施例的電解液的雙層電容器的比電容保持率比同等條件下測(cè)得的使用未添加N,N’ - 二環(huán)己基碳二亞胺的四氟硼酸鹽類離子液體I-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽作為電解液的雙層電容器的比電容保持率提高了 9. 35%,使用本實(shí)施例的電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性有較大的提高。實(shí)施例二至十八
實(shí)施例二至十八中,將烷基二亞胺類化合物加入四氟硼酸鹽類離子液體中,攪拌至溶解可得到電解液。配制電解液時(shí),在手套箱中進(jìn)行。實(shí)施例二至十八中,烷基二亞胺類化合物、四氟硼酸鹽類離子液體、四氟硼酸鹽類離子液體與烷基二亞胺類化合物的配比、攪拌時(shí)間、循環(huán)1000次后的比電容保持率及比電容保持率提高的比率參見表I。表I實(shí)施例二至十八中電解液的配方及測(cè)試數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種電解液,其特征在于包括四氟硼酸鹽類離子液體及溶于所述四氟硼酸鹽類離子液體中的烷基二亞胺類化合物,所述四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質(zhì)量比為I : O. OOl I : 0.05。
2.如權(quán)利要求I所述的電解液,其特征在于所述烷基二亞胺類化合物為N,N’- 二環(huán)己基碳二亞胺或N,N’ - 二環(huán)戊基碳二亞胺。
3.如權(quán)利要求I所述的電解液,其特征在于所述四氟硼酸鹽類離子液體由四氟硼酸根陰離子與咪唑鹽類陽(yáng)離子、季胺鹽類陽(yáng)離子、吡咯鹽類陽(yáng)離子、季膦鹽類陽(yáng)離子或吡啶鹽類陽(yáng)離子構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的電解液,其特征在于所述咪唑鹽類陽(yáng)離子為I-丁基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子、I-丙基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子或I-乙基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子,所述季胺鹽類陽(yáng)離子為甲基三乙基季胺陽(yáng)離子、四乙基季胺陽(yáng)離子或三甲基丙基季胺陽(yáng)離子,所述吡咯鹽類陽(yáng)離子為丁基甲基吡咯陽(yáng)離子、丙基甲基吡咯陽(yáng)離子或乙基甲基吡咯陽(yáng)離子,所述季膦鹽類陽(yáng)離子為三甲基己基季膦陽(yáng)離子、三乙基己基季膦陽(yáng)離子或三甲基戊基季膦陽(yáng)離子,所述吡啶鹽類陽(yáng)離子為丁基吡啶陽(yáng)離子、戊基吡啶陽(yáng)離子或己基吡啶陽(yáng)離子。
5.一種電解液,其特征在于,包括可由下述化學(xué)反應(yīng)得到的產(chǎn)物 步驟一、提供質(zhì)量比為I : O. 001 I : O. 05的四氟硼酸鹽類離子液體和烷基二亞胺類化合物,所述四氟硼酸鹽類離子液體中含有不可避免的雜質(zhì),所述雜質(zhì)為水; 步驟二、向所述四氟硼酸鹽類離子液體中加入烷基二亞胺類化合物并攪拌溶解。
6.如權(quán)利要求5所述的電解液,其特征在于所述四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質(zhì)量比為I : O. 02 I : 0.05。
7.如權(quán)利要求5所述的電解液,其特征在于所述烷基二亞胺類化合物為N,N’- 二環(huán)己基碳二亞胺或N,N’ - 二環(huán)戊基碳二亞胺。
8.一種電解液的配制方法,包括以下步驟 步驟一、提供質(zhì)量比為I : O. 001 I : O. 05的四氟硼酸鹽類離子液體和烷基二亞胺類化合物; 步驟二、向所述四氟硼酸鹽類離子液體中加入所述烷基二亞胺類化合物并攪拌溶解。
9.如權(quán)利要求8所述的電解液的配制方法,其特征在于所述四氟硼酸鹽類離子液體由三氟乙酸根陰離子與咪唑鹽類陽(yáng)離子、季胺鹽類陽(yáng)離子、吡咯鹽類陽(yáng)離子、季膦鹽類陽(yáng)離 子或吡啶鹽類陽(yáng)離子構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求8所述的電解液的配制方法,其特征在于所述烷基二亞胺類化合物為N, N’ - 二環(huán)己基碳二亞胺或N,N’ - 二環(huán)戊基碳二亞胺。
全文摘要
一種電解液,包括四氟硼酸鹽類離子液體及溶于所述四氟硼酸鹽類離子液體中的烷基二亞胺類化合物,所述四氟硼酸鹽類離子液體與所述烷基二亞胺類化合物的質(zhì)量比為1∶0.001~1∶0.05。上述電解液,通過加入烷基二亞胺類化合物,烷烴二亞胺類化合物能和水分子的H鍵結(jié)合,從而避免水參與電極反應(yīng)進(jìn)而生成酸腐蝕雙層電容器的鋁箔,能大大提高使用該四氟硼酸鹽類離子液體做電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性;且烷基二亞胺類化合物的添加能大幅增加使用該電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性,降低成本。
文檔編號(hào)H01G11/64GK102956367SQ201110237918
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者周明杰, 鄧惠仁, 王要兵 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司
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