用于超级电容器的电解质合成制造技术

一种形成电解质溶液的方法，包括将四氟硼酸铵与季铵卤化物在液体溶剂中混合以形成四氟硼酸季铵和卤化铵。从溶剂中去除卤化铵沉淀以形成电解质溶液。可向溶剂中分步加入反应物，并且该方法可包括使用化学计量过量的四氟硼酸铵以形成基本上不含卤素离子的电解质溶液。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于超级电容器的电解质合成 相关申请的交叉引用 本申请根据35U.S.C. § 120要求2013年6月4日提交的美国专利申请系列号 13/909,645的优先权，该美国专利申请系列号是2013年3月15日提交的美国专利申请系 列号13/842,898的部分继续申请，该美国专利申请系列号是2012年11月20日提交的美 国专利申请系列号13/682, 211的部分继续申请，该美国专利申请系列号是2011年1月21 日提交的现已放弃的美国专利申请系列号13/011,066的部分继续申请，本文以这些申请 为基础并将其全部内容结合于此。 背景 本专利技术一般涉及形成电解质组合物的方法，并且更具体地涉及用于超级电容器的 电解质溶液的合成。 超级电容器之类的储能器件可以用于许多需要离散的功率脉冲的用途。这些用途 的范围是从手机到混合动力汽车。超级电容器的一个重要特性是它能够提供的能量密度。 可包含两个或更多个被多孔隔片隔开的碳基电极和/或有机电解质的装置的能量密度主 要由电极的性质决定。在市售的超级电容器中使用的常规电解质包含溶于溶剂（如乙腈） 中的四乙基铵四氟硼酸盐（TEA-TFB)。这种电解质体系具有多种有益性质，包括盐溶解度和 离子导电率。 电解质溶液的开发中的一个重要因素是成本。由于市售的TEA-TFB较昂贵的合成 和纯化，市售的TEA-TFB是昂贵的。美国专利号5, 705, 696公开了 TEA-TFB的一种示例性 合成。该示例过程包括将四烷基卤化铵与四氟硼酸金属盐在水性介质中发生反应，之后通 过膜透析来去除金属卤化物。美国专利号7, 641，807公开了另一种合成途径，该专利公开 了将金属卤化物与四烷基卤化物在乙腈中混合，然后滤去金属卤化物。该方法的产物通常 包括高浓度的卤素离子，如氯离子（例如，〇. 71重量％或7100ppm)以及相关的金属离子。 这种卤素离子的浓度被认为对超级电容器的性能有害。 鉴于上述内容，存在对产生高纯度TEA-TFB盐和包含TEA-TFB盐的电解质溶液的 简单和经济的合成方法的需求。
技术实现思路
-种形成电解质溶液的方法，所述方法包括在液体溶剂中混合四氟硼酸铵和季铵 卤化物盐，并且从溶剂中去除卤化铵以形成电解质溶液。上述反应可以完全在处于室温左 右的温度下进行。例如，在一个示例性的实施方式中，在约25°C下进行混合和去除。在其他 实施方式中，使用化学计量过量的四氟硼酸铵来最小化产物中卤素离子的浓度并减少反应 时间。 所得的产物是包含溶于溶剂的四氟硼酸季铵盐的电解质溶液，其中，电解质溶液 中氯离子浓度低于lppm，电解质溶液中溴离子浓度低于lOOOppm，电解质溶液中钾离子浓 度低于50ppm，电解质溶液中钠离子浓度低于50ppm，电解质溶液中水的浓度低于20ppm，以 及/或者电解质溶液中铵离子浓度大于lppm。 在以下的详细描述中提出了本专利技术的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对 本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，或者通过实施包括以下详细描述、权利 要求书以及附图在内的本文所述的本专利技术而被认识。 应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是本专利技术的示例，用来提供理 解要求保护的本专利技术的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本专利技术的进一 步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图举例说明了本专利技术的各 种实施方式，并与描述一起用来解释本专利技术的原理和操作。 附图简要说明 图1是根据一个实施方式的纽扣电池的示意图； 图2是使用化学计量比的反应物制备的电解质溶液的CV曲线；并且 图3是使用化学计量过量的四氟硼酸铵制备的电解质溶液的CV曲线。 详细描述 -种制备四氟硼酸季铵的方法，包括使一种或多种季铵卤化物与四氟硼酸铵在有 机溶剂中反应。反应产物是四氟硼酸季铵和溴化铵。四氟硼酸季铵可溶于有机溶剂，而溴 化铵形成沉淀。可滤去沉淀的NH4Br以形成，例如，有机溶剂如乙腈中的TEA-TFB的溶液。 在实施方式中，在恒定搅拌下，在大致处于室温的条件下进行完全的反应。 与多种已知的使用金属的四氟硼酸盐作为反应物的合成路径相反，该方法使用四 氟硼酸铵作为反应物。源自常规使用的金属化合物的杂质会污染电解质并由法拉第反应降 低器件性能，而来自四氟硼酸铵反应物的残余铵离子对电容器的性能无害。 四氟硼酸铵反应物可具有低于lOOOppm(例如，低于500ppm或低于lOOppm，包括 Oppm)的含水量以及低于4000ppm (例如，低于3000ppm或低于2000ppm，包括Oppm)的总无 机（例如金属）杂质含量。可以在四氟硼酸铵中最小化存在的示例无机或金属杂质包括钠、 钾、钙、铁、镁、磷、钴、镍、铬、铅、砷、铝和锌。在一个示例中，电解质溶液中各金属离子的浓 度低于lppm。如本文所用，表示为"低于"某一特定值的范围排除了该值，但是包括该范围 内所有的非负有理数（包括零）。表示为"至多"（即，低于或等于）某一特定值的范围包 括该值并且包括该范围内所有的非负有理数（包括零）。 表1中总结了四氟硼酸铵（ATFB或TFB)反应物的性质。用于测量相关参数的分 析技术包括热重分析和差示扫描量热法（TGA/DSC)、Karl Fisher分析（KF)和电感偶合等 离子质谱（ICP-MS)。 表1.四氟硼酸铵（TFB)反应物的示例性特征 合适的季铵卤化物包括螺-二-吡咯烷鑰溴化物、四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、 四丙基溴化铵、四丁基溴化铵、三乙基甲基溴化铵、三甲基乙基溴化铵和二甲基二乙基溴化 铵。除了公开的溴化物以外，卤化铵可包括氯化铵。 相应的四氟硼酸季铵包括螺-二-吡咯烷鑰四氟硼酸盐、四甲基四氟硼酸铵、四乙 基四氟硼酸铵、四丙基四氟硼酸铵、四丁基四氟硼酸铵、三乙基甲基四氟硼酸铵、三甲基乙 基四氟硼酸铵和二甲基二乙基四氟硼酸铵。 季铵卤化物反应物可具有低于lOOOOppm (例如，低于2000ppm或低于lOOOppm，包 括Oppm)的含水量以及低于50ppm (例如，低于20ppm或低于10ppm，包括Oppm)的总无机杂 质含量。表2中总结了（a)四乙基溴化铵（TEA-Br)、（b)三乙基甲基溴化铵（TEMA-Br)和 (c)三乙基甲基氯化铵（TEMA-C1)的性质。 表2. TEA-Br、TEMA-Br和TEMA-C1反应物的示例性质 在多个实施方式中，示例有机溶剂包括偶极性质子溶剂如碳酸异丙烯酯（PC)、碳 酸丁稀酯（butylene carbonate) (BC)、γ-丁内酯、乙腈（ACN)、丙腈（PN)和甲氧基乙腈。 在溶剂中，初始含水量可低于200ppm(例如，低于lOOpprn或低于50ppm，包括Oppm)。对于 溶剂，可使用气相色谱-质谱（GC-MS)或核磁共振（NMR)测定纯度。 表3中总结了乙腈溶剂的性质。[003当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成电解质溶液的方法，该方法包括：将四氟硼酸铵与季铵卤化物在液体溶剂中混合以形成四氟硼酸季铵和卤化铵；并且从所述溶剂中去除所述卤化铵以形成电解质溶液。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·P·加德卡里，S·科达利，O·C·欧卡福，S·R·珀拉萨尼，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US