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，尤其涉及一種含有二(三氟甲磺酰)亞胺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，被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域、移動通訊裝置、計算機、以及電動汽車的混合電源等。作為雙電層電容器的重要組成部分，電解液對雙電層電容器的儲電性能有很大影響，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。二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體因為粘度低、熔點低、導(dǎo)電率高及電壓窗口寬而·成為高端離子液體電解液之一，然而，二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體含有不可避免的雜質(zhì)(水)，在電化學(xué)循環(huán)過程中，二(三氟甲磺酰)亞胺根容易水解，水解后生產(chǎn)氫氟酸，氫氟酸會促使使用二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體作為電解液的電容器的集流體腐蝕和電極材料分解，導(dǎo)致使用二(三氟甲磺酰)亞胺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，包括二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體及溶于所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中的磷酰胺類化合物，所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體與所述磷酰胺類化合物的質(zhì)量比為I : O. 001 I : 0.05。在優(yōu)選的實施例中，所述磷酰胺類化合物為六甲基磷酰胺或六乙基磷酰胺。在優(yōu)選的實施例中，所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體由二(三氟甲磺酰)亞胺根陰離子與咪唑鹽類陽離子、季胺鹽類陽離子、吡咯鹽類陽離子、季膦鹽類陽離子或吡啶鹽類陽離子構(gòu)成。在優(yōu)選的實施例中，所述咪唑鹽類陽離子為I-丁基-3-甲基咪唑陽離子、I-丙基-3-甲基咪唑陽離子或I-乙基-3-甲基咪唑陽離子，所述季胺鹽類陽離子為甲基三乙基季胺陽離子、四乙基季胺陽離子或三甲基丙基季胺陽離子，所述吡咯鹽類陽離子為丁基甲基吡咯陽離子、丙基甲基吡咯陽離子或乙基甲基吡咯陽離子，所述季膦鹽類陽離子為三甲基己基季膦陽離子、三乙基己基季膦陽離子或三甲基戊基季膦陽離子，所述吡啶鹽類陽離子為丁基吡啶陽離子、戊基吡啶陽離子或己基吡啶陽離子。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 : 0.001 I : O. 05的二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體和磷酰胺類化合物，所述二(三氟甲磺酰)亞胺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、向所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中加入磷酰胺類化合物并攪拌溶解。在優(yōu)選的實施例中，所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體與所述磷酰胺類化合物的質(zhì)量比為I : O. 02 I : 0.05。在優(yōu)選的實施例中，所述磷酰胺類化合物為六甲基磷酰胺或六乙基磷酰胺。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 : 0.001 I : O. 05的二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體和磷酰胺類化合物；步驟二、向所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中加入所述磷酰胺類化合物并攪拌溶解。在優(yōu)選的實施例中，所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體由三氟乙酸根陰離子與咪唑鹽類陽離子、季胺鹽類陽離子、吡咯鹽類陽離子、季膦鹽類陽離子或吡啶鹽類陽離子構(gòu)成。在優(yōu)選的實施例中，所述磷酰胺類化合物為六甲基磷酰胺或六乙基磷酰胺。上述電解液，通過加入磷酰胺類化合物，磷酰胺類化合物與二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中的水發(fā)生反應(yīng)，從而抑制二(三氟甲磺酰)亞胺根的水解，能提高使用該二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體做電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性；且磷酰胺類化合物的 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。
具體實施方式以下結(jié)合具體實施例對電解液及其配制方法做進一步詳細說明。一實施方式的電解液，包括二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體及溶于所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中的磷酰胺類化合物，所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體與所述磷酰胺類化合物的質(zhì)量比為I : O. 001 I : 0.05。二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體由二(三氟甲磺酰)亞胺根陰離子與咪唑鹽類陽離子、季胺鹽類陽離子、吡咯鹽類陽離子、季膦鹽類陽離子或吡啶鹽類陽離子構(gòu)成。二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中含有不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)為水。優(yōu)選的，咪唑鹽類陽離子為I-丁基-3-甲基咪唑陽離子、I-丙基-3-甲基咪唑陽離子或I-乙基-3-甲基咪唑陽離子。優(yōu)選的，季胺鹽類陽離子為甲基三乙基季胺陽離子、四乙基季胺陽離子或三甲基丙基季胺陽離子。優(yōu)選的，吡咯類陽離子為丁基甲基吡咯陽離子、丙基甲基吡咯陽離子或乙基甲基吡咯陽離子。
優(yōu)選的，季膦鹽類陽離子為三甲基己基季膦陽離子、三乙基己基季膦陽離子或三甲基戊基季膦陽離子。優(yōu)選的，吡啶鹽類陽離子為丁基吡啶陽離子、戊基吡啶陽離子或己基吡啶陽離子。磷酰胺類化合物優(yōu)選為六甲基磷酰胺或六乙基磷酰胺?？梢岳斫猓柞０奉惢衔锊幌抻跒榱谆柞０坊蛄一柞０?，只要是能與二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中的水發(fā)生反應(yīng)即可。二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體與磷酰胺類化合物的質(zhì)量比優(yōu)選為I : O. 02 I : O. 05。上述電解液，通過加入磷酰胺類化合物，磷酰胺類化合物與二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中的水發(fā)生反應(yīng)，從而去除二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中的水，抑制 二(三氟甲磺酰)亞胺根陰離子的水解，能提高使用該二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體做電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性；且磷酰胺類化合物的添加能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 : 0.001 I : O. 05的二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體和磷酰胺類化合物，二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中含有不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)為水。二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體由二(三氟甲磺酰)亞胺根陰離子與咪唑鹽類陽離子、季胺鹽類陽離子、吡咯鹽類陽離子、季膦鹽類陽離子或吡啶鹽類陽離子構(gòu)成。優(yōu)選的，咪唑鹽類陽離子為I-丁基-3-甲基咪唑陽離子、I-丙基-3-甲基咪唑陽離子或I-乙基-3-甲基咪唑陽離子。優(yōu)選的，季胺鹽類陽離子為甲基三乙基季胺陽離子、四乙基季胺陽離子或三甲基丙基季胺陽離子。優(yōu)選的，吡咯類陽離子為丁基甲基吡咯陽離子、丙基甲基吡咯陽離子或乙基甲基吡咯陽離子。優(yōu)選的，季膦鹽類陽離子為三甲基己基季膦陽離子、三乙基己基季膦陽離子或三甲基戊基季膦陽離子。優(yōu)選的，吡啶鹽類陽離子為丁基吡啶陽離子、戊基吡啶陽離子或己基吡啶陽離子。磷酰胺類化合物優(yōu)選為六甲基磷酰胺或六乙基磷酰胺?？梢岳斫?，磷酰胺類化合物不限于為六甲基磷酰胺或六乙基磷酰胺，只要是能與二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中的水發(fā)生反應(yīng)即可。二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體與所述磷酰胺類化合物的質(zhì)量比優(yōu)選為I O. 02 I : O. 05。步驟二、向二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中加入磷酰胺類化合物并攪拌溶解。上述電解液制備時，通過向二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中加入磷酰胺類化合物，磷酰胺類化合物與二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中的水發(fā)生反應(yīng)，從而去除二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中的水，抑制二(三氟甲磺酰)亞胺根陰離子的水解，能提高使用該二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體做電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性；且磷酰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?！獙嵤┓绞降碾娊庖旱呐渲品椒?，包括以下步驟步驟一、提供質(zhì)量比為I : 0.001 I : O. 05的二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子
液體和磷酰胺類化合物。二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體由二(三氟甲磺酰)亞胺根陰離子與咪唑鹽類陽離子、季胺鹽類陽離子、吡咯鹽類陽離子、季膦鹽類陽離子或吡啶鹽類陽離子構(gòu)成。二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中含有不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)為水。優(yōu)選的，咪唑鹽類陽離子為I-丁基-3-甲基咪唑陽離子、I-丙基-3-甲基咪唑陽離子或I-乙基-3-甲基咪唑陽離子。優(yōu)選的，季胺鹽類陽離子為甲基三乙基季胺陽離子、四乙基季胺陽離子或三甲基 丙基季胺陽離子。優(yōu)選的，吡咯類陽離子為丁基甲基吡咯陽離子、丙基甲基吡咯陽離子或乙基甲基吡咯陽離子。優(yōu)選的，季膦鹽類陽離子為三甲基己基季膦陽離子、三乙基己基季膦陽離子或三甲基戊基季膦陽離子。優(yōu)選的，吡啶鹽類陽離子為丁基吡啶陽離子、戊基吡啶陽離子或己基吡啶陽離子。磷酰胺類化合物優(yōu)選為六甲基磷酰胺或六乙基磷酰胺?？梢岳斫?，磷酰胺類化合物不限于為六甲基磷酰胺或六乙基磷酰胺，只要是能與二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中含有的水發(fā)生反應(yīng)即可。二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體與所述磷酰胺類化合物的質(zhì)量比優(yōu)選為I O. 02 I : O. 05。步驟二、向二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中加入磷酰胺類化合物并攪拌溶解。上述電解液的配制方法，向二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中加入磷酰胺類化合物，磷酰胺類化合物與二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中的水發(fā)生反應(yīng)，從而去除二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中的水，抑制二(三氟甲磺酰)亞胺根陰離子的水解，能提高使用該二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體做電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性；且磷酰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。以下為實施例部分實施例一將磷酰胺類化合物加入二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中，攪拌至溶解可得到電解液。本實施方式中，磷酰胺類化合物為六甲基磷酰胺，二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體為I-乙基-3-甲基咪唑二(三氟甲磺酰)亞胺鹽，二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體與磷酰胺類化合物的質(zhì)量比為I : 0.05。本實施方式中，配制電解液時，在手套箱中進行，將六甲基磷酰胺加入I-乙基-3-甲基咪唑二(三氟甲磺酰)亞胺鹽中攪拌10 60分鐘使六甲基磷酰胺溶于I-乙基-3-甲基咪唑二(三氟甲磺酰)亞胺鹽中。 將上述電解液應(yīng)用于雙層電容器并測定該雙層電容器穩(wěn)定性。
測試穩(wěn)定性時，以石墨烯為電極材料，使用實施例一制備的電解液，組裝成扣式電池，利用CHI660A電化學(xué)工作站對其進行恒流充放電測試，測得其比電容保持率，即于30攝氏度條件下，在O 2v窗口范圍內(nèi)，以lA/g的恒電流反復(fù)充放電1000個循環(huán)后的比電容與首次充放電比電容的比值。請參閱圖1，圖I為使用本實施例中的電解液的雙層電容器與使用未添加六甲基磷酰胺的二(三氟甲磺酰)亞胺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，使用本實施例提供的電解液的雙層電容器的首次充放電比電容為116. 19F/g，循環(huán)1000次后的比電容為95. 34F/g，其保持率為82. 06% ;而使用未添加六甲基磷酰胺的二(三氟甲磺酰)亞胺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116. 62F/g，循環(huán)1000次后的比電容為81. 73F/g，其保持率為70. 13% ;使用本實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得的使用未添加六甲基磷酰胺的二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體I-乙基-3-甲基咪唑二(三氟甲磺酰)亞胺鹽作為電解液的雙層電容器的比電容保持率提高了 11. 93%，使用本實施例的電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性有較大的提高。 實施例二至十八實施例二至十八中，將磷酰胺類化合物加入二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中，攪拌至溶解可得到電解液。配制電解液時，在手套箱中進行。實施例二至十八中，磷酰胺類化合物、二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體、二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體與磷酰胺類化合物的配比、攪拌時間、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實施例二至十八中電解液的配方及測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種電解液，其特征在于包括二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體及溶于所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中的磷酰胺類化合物，所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體與所述磷酰胺類化合物的質(zhì)量比為I : O. OOl I : 0.05。
2.如權(quán)利要求I所述的電解液，其特征在于所述磷酰胺類化合物為六甲基磷酰胺或六乙基磷酰胺。
3.如權(quán)利要求I所述的電解液，其特征在于所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體由二(三氟甲磺酰)亞胺根陰離子與咪唑鹽類陽離子、季胺鹽類陽離子、吡咯鹽類陽離子、季膦鹽類陽離子或吡啶鹽類陽離子構(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 類陽離子為I-丁基-3-甲基咪唑陽離子、I-丙基-3-甲基咪唑陽離子或I-乙基-3-甲基咪唑陽離子，所述季胺鹽類陽離子為甲基三乙基季胺陽離子、四乙基季胺陽離子或三甲基丙基季胺陽離子，所述吡咯鹽類陽離子為丁基甲基吡咯陽離子、丙基甲基吡咯陽離子或乙基甲基吡咯陽離子，所述季膦鹽類陽離子為三甲基己基季膦陽離子、三乙基己基季膦陽離子或三甲基戊基季膦陽離子，所述吡啶鹽類陽離子為丁基吡啶陽離子、戊基吡啶陽離子或己基吡啶陽離子。
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 : 0.05的二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體和磷酰胺類化合物，所述二(三氟甲磺酰)亞胺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、向所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中加入磷酰胺類化合物并攪拌溶解。
6.如權(quán)利要求5所述的電解液，其特征在于所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體與所述磷酰胺類化合物的質(zhì)量比為I : O. 02 I : 0.05。
7.如權(quán)利要求5所述的電解液，其特征在于所述磷酰胺類化合物為六甲基磷酰胺或六乙基磷酰胺。
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 : 0.05的二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體和磷酰胺類化合物； 步驟二、向所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中加入所述磷酰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，其特征在于所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體由三氟乙酸根陰離子與咪唑鹽類陽離子、季胺鹽類陽離子、吡咯鹽類陽離子、季膦鹽類陽離子或吡啶鹽類陽離子構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求8所述的電解液的配制方法，其特征在于所述磷酰胺類化合物為六甲基磷酰胺或六乙基磷酰胺。
全文摘要
一種電解液，包括二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體及溶于所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中的磷酰胺類化合物，所述二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體與所述磷酰胺類化合物的質(zhì)量比為1∶0.001～1∶0.05。上述電解液，通過加入磷酰胺類化合物，磷酰胺類化合物與二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中的水發(fā)生反應(yīng)，從而去除二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體中的水，從而抑制二(三氟甲磺酰)亞胺根的水解，能提高使用該二(三氟甲磺酰)亞胺鹽類離子液體做電解液的雙層電容器的穩(wěn)定性；且磷酰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H01G11/64GK102956371SQ20111023799
公開日2013年3月6日 申請日期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