[发明专利]一种用于超级电容器的有机电解液及超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种用于超级电容器有机电解液及应用该有机电解液的超级电容器。

背景技术

超级电容器，也叫金电容、电化学电容器，采用离子吸附(双电层电容器)或者表面快速氧化还原反应(赝电容器)来存储能量。超级电容器是一种介于电池与传统静电电容器之间的新型储能器件。超级电容器存储的电荷是传统固态电解电容的成百或上千倍，能在数秒内完全充放电，具有比电池更高的功率输入或输出，且能在更短的时间内达到。同时，超级电容器具有充放电时间短、储存寿命长、稳定性高、工作温度范围宽（-40℃～70℃）等优点，因而广泛应用于消费类电子产品领域、新能源发电系统领域、分布式储能系统领域、智能分布式电网系统领域、新能源汽车等交通领域、节能电梯吊车等负载领域、电磁炸弹等军用设备领域和运动控制领域等，涉及新能源发电、智能电网、新能源汽车、节能建筑、工业节能减排等各个行业，属于标准的全系列低碳经济核心产品。

超级电容器作为新能源领域中最具有前景的储能装置之一，目前已成为美国、日本、韩国和俄罗斯等国家在材料、电力、物理、化学等多学科交叉领域研究的热点之一。主要研究目标是制备性能优良和低成本电极材料；和电导率高、化学和热稳定性好、工作电压高（电化学稳定窗口宽）的电解液体系材料，并在此基础上制备高能量密度、高功率密度和使用寿命长的可用于各种电动混合汽车混合动力系统和电子设备的后备电源等方面的超级电容器储能器件。

超级电容器的能量密度比电池低，这限制了它的一些实际应用。超级电容器存储的能量与电压的平方成正比，如下式所示：

E=12CV2]]>

式中E表示能量，（J）；C为电容，（F）；V为电容器的工作电压，（V）。如果电压增加三倍，同一电容存储的能量将增加约一个数量级。因此，因此提高工作电压是提高超级电容器能量密度的十分有效的手段。但是，在高电压下，电解液容易分解，引起容量快速衰减和内阻急剧增加。因而要提高超级电容器的工作电压，关键点是提高电解液的耐高压性能。用有机电解液取代水系电解液，电容器工作电压可以从0.9V提高到2.5～2.7V。由于碳酸丙烯酯和乙腈具有较好的电化学和化学稳定性以及对有机季铵盐类较好的溶解性，被广泛应用于超级电容器的电解液体系中。由于AN的粘度大大低于PC，采用AN作为溶剂的电解液比采用PC作为溶剂的电解液的电导率高很多，尤其是在低温下AN的优势更为明显。但AN有一定毒性，不利于人身安全和环境保护。虽然AN体系的工作电压为2.7V，而PC体系的工作电压为2.5V。相对于期待的3V以上的工作电压还有不小的距离。

发明内容

有鉴于此，本发明的发明目的是为了解释上述技术问题，提供一种低粘度、电导率高、分解电压高的有机电解液及应用该有机电解液的超级电容器。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于超级电容器的有机电解液，包括质子惰性溶剂、有机电解质和添加剂，所述添加剂为吡啶、吡啶衍生物、吡咯、吡咯衍生物或结构式（1）所示中的一种或多种组合，

其中R₁、R₂、R₃为碳原子数为1-6的烷基或硅烷基。

其中，所述结构式（1）为三乙胺、三丙胺、三丁胺、三戊胺、三（三甲基硅）胺、1-甲基四氢吡咯、1-乙基四氢吡咯。

优选的，所述有机电解质与质子惰性溶剂形成0.5-2.0mol/L的溶液，所述添加剂占有机电解液的0.05wt%-5wt%。

其中，所述质子惰性溶剂为乙腈、丙腈、甲氧基丙腈、γ-丁内酯、γ-戊内酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲氧基乙烷、2-甲氧基乙醚、四氢呋喃、二氧戊环、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、环丁砜或二甲基亚砜中的一种或两种以上的混合物。