一种低阻抗阻燃型超级电容器电解液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低阻抗阻燃型超级电容器电解液，所述电解液由以下组分组成：电解质盐、有机溶剂、阻燃添加剂、降阻抗添加剂、功能添加剂。所述低阻抗阻燃型超级电容器电解液的制备方法包括以下步骤：（1）将阻燃添加剂除水后溶解在有机溶剂中得到混合液，然后将功能添加剂加入上述混合液中，得到溶液A；（2）在无水无氧的环境中将季铵盐或锂盐加入步骤（1）中的溶液A中，配成电解液，即得本发明专利技术所述的低阻抗阻燃型超级电容器电解液。本发明专利技术制备的电解液本发明专利技术电解液具有低毒、低粘度以及较宽的电化学窗口和温度范围，同时具有高效的阻燃效果，使锂电池的安全性能得到了大幅度提高。

【技术实现步骤摘要】
一种低阻抗阻燃型超级电容器电解液及其制备方法
本专利技术涉及化学电池领域，具体涉及一种低阻抗阻燃型超级电容器电解液及其制备方法。
技术介绍
在超级电容器问世的几十年时间里，得到了快速的发展和广泛的应用。由于超级电容器具有循环充放电寿命长，充放电速度快，容量大，工作温度区间宽，功率密度大，绿色环保等优点，因而具有广大的应用前景。然而，超级电容器的安全问题一直是我们关心的首要问题。由于超级电容器使用的电解液为易燃的有机电解液体系，当在过充、短路或在受热等条件下，电池可能发生起火，燃烧或爆炸，进而引发安全事故。现有技术中的阻燃添加剂虽然在一定程度上能够降低电解液的可燃性，但大多数阻燃添加剂对超级电容器电池性能有较大的负面影响，综上，目前普遍应用的锂离子电池在安全方面仍然存在很多隐患，容易引起安全事故，因此，亟需开发一种低阻抗阻燃型超级电容器电解液及其制备方法。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种低阻抗阻燃型超级电容器电解液及其制备方法，本专利技术的阻燃添加剂能够在保证优异阻燃效果的前提下，不仅对超级电容器的电化学性能没有负面影响，反而可以提高电池的循环稳定性以及电池容量保持率。本专利技术的目的之一是提供一种低阻抗阻燃型超级电容器电解液。本专利技术的目的之二是提供一种低阻抗阻燃型超级电容器电解液的制备方法。本专利技术的目的之三是提供上述电解液及其制备方法的应用。为实现上述专利技术目的，具体的，本专利技术公开了以下技术方案：首先，本专利技术公开了一种低阻抗阻燃型超级电容器电解液，所述电解液包含以下组分：电解质盐、有机溶剂、阻燃添加剂、降阻抗添加剂、功能添加剂。所述阻燃添加剂的结构通式为：其中，R1-R6为烷基、卤代烷基、卤代烷氧基、卤代联苯、烷氧基、烷基硅、卤代烯烃基、联苯基苯基、卤代苯基、烷基磷酸酯、烷氧基硅、烷氧基硼或酰胺基；其中：卤代为部分取代或全取代。所述电解质盐的含量为：0.001～5mol/L。所述有机溶剂的含量为：0.1％～50％(质量分数)所述阻燃添加剂含量为：0.1％～50％(质量分数)。所述降阻抗添加剂的含量为10％-50％(质量分数)。所述的功能添加剂含量为：0.1～0.5mol/L。所述阻燃添加剂的结构通式中取代基的卤素为F。所述降阻抗添加剂为含双键或三键化合物。所述阻燃添加剂为：硅氧基五氟环三膦腈、硅氧基四氟环三膦腈(双取代)、苯氧基五氟环三膦腈、苯氧基四氟环三膦腈(双取代)、三氟丙基甲基环三硅氧烷、六苯氧基环三磷腈。这类阻燃添加剂的取代基是硅氧基和乙氧基，只需添加3％即可将电解液的自熄时间降为0s，能够起到良好的阻燃效果，原因是这类取代基的特点是分子量大，不仅阻燃性能好，且相同质量下所需的膦腈类物质的量更少，极大地降低了成本。所述含双键的化合物为：烯烃、醛、酮、酰胺。优选的，所述烯烃为链烯烃中的一种或两种以上的混合物。更优选的，所述烯烃为共轭二烯烃、隔离二烯烃或累积二烯烃中的一种或两种以上的混合物。优选的，所述的醛为甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、2-甲基丙醛、戊醛、3-甲基丁醛、己醛、丙烯醛、2-丁烯醛、苯甲醛等中的一种或两种以上的混合物。优选的，所述酮为丙酮、2-丁酮、2-戊酮、3-戊酮、2-己酮、3-己酮、环戊酮、环己酮、苯乙酮、二苯甲酮中的一种或两种以上的混合物。优选的，所述酰胺为甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、丙胺、丁胺、乙二胺、己二胺、苯胺、N-甲基苯胺、N，N-二甲基苯胺、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或两种以上的混合物。所述的含三键的化合物为：炔烃化合物。优选的，所述炔烃为乙炔、丙炔、丁炔、戊炔、已炔、庚炔、辛炔、壬炔、癸炔中的一种或两种以上的混合物。所述电解质盐为季铵盐类或锂盐类。优选的，所述的季铵盐类是四氟硼酸四乙基铵、N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸胺、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸胺等、四乙基高氯酸铵、四乙基六氟磷酸铵中的一种或两种以上的混合物。优选的，所述的锂盐类是LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiBOB(二草酸硼酸锂)及LiN(CF3SO2)2中的一种或两种以上的混合物。所述有机溶剂为乙腈、丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、γ-丁内酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯中的一种或两种以上的混合物。所述功能添加剂为联苯(BP)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1、4-丁磺酸内酯(BS)、1、3-丙磺酸内酯(PS)、亚硫酸乙烯酯(ESI)、1、3-(1-丙烯)磺内酯(PST)、硫酸乙烯酯(ESA)、叔丁基苯(TBB)、叔戊基苯(TPB)、环己基苯(CHB)、或丁二氰(SN)中的一种或两种以上的混合物。功能添加剂的作用是：(1)促进SEI膜的形成；(2)保护正极和负极材料；(3)作为LiPF6的稳定剂；(4)作为过冲电压的保护剂；(5)增加电解液的电导率；(6)提高电解液的低温性能；(7)提高电解液的热稳定性；(8)降低电解液的可燃性。其次，本专利技术公开了一种低阻抗阻燃型超级电容器电解液的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将阻燃添加剂除水后溶解在有机溶剂中得到混合液，然后将双键或/和三键的化合物、功能添加剂加入上述混合液中，得到溶液A；(2)在无水无氧的环境中将季铵盐或锂盐加入步骤(1)中的溶液A中，配成电解液，即得本专利技术所述的低阻抗阻燃型超级电容器电解液。步骤(1)中，所述除水指：用4A钠分子筛除水36-96h即可。步骤(2)中，所述季铵盐类或锂盐应该缓缓加入溶液A中，防止溶液A过热使溶剂沸腾。最后，本专利技术还公开了一种低阻抗阻燃型超级电容器电解液及其制备方法的应用，所述应用包括在锂离子电池、电动车、电动汽车中的应用。需要说明的是，双键或三键化合物是在充放电循环过程中才形成的导电聚合物，导电聚合物增加导电性，从而降低电池的阻抗。其具体机理是：电池循环过程中，可以使双键或三键中的不饱和键形成活性中心--游离基，进而游离基引发单体，进而活性单体反复地和单体分子迅速加成，形成大分子游离基，后由于两个自由基的相互作用形成稳定的聚合物分子，活性链活性的消失，即自由基的消失，从而形成了稳定的聚合物分子；同时，由于柔性的聚合物保护膜具有更好的耐受力，能够有效保证电池在受到外力撞击等损害时，仍然正常工作，避免事故的发生。与现有技术相比，本专利技术公开的一种低阻抗阻燃型超级电容器电解液及其制备方法取得了以下有益效果：1、含有磷腈基团化合物的阻燃添加剂具有良好的阻燃性能，并且对电化学性能影响很小，有时会提高其电化学性能，因此可以作为新型电解液阻燃添加剂。2、通过在电解质溶液中添加阻燃添加剂，能降低电解液的可燃性能。将本专利技术的电解液应用于超级电容器后，可以大幅度降低电解液的燃烧可能性，显著提高超级电容器的安全性。3、此电解液具有低毒、低粘度以及较宽的电化学窗口和温度范围，同时具有高效的阻燃效果；采用这种电解液的超级电容不仅具有良好的电化学性能，且安全性能可以大幅提高，具有更广的应用市场。4、本专利技术方法能够在电池正极/负极表面形成一层柔性的聚合物保护膜，这种膜层不仅能够很好地防止正极材料溶于电解液，抑制电解液的分解及泰勒效应，提高其电化学性能；同时，由于柔性的聚合物保护膜具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低阻抗阻燃型超级电容器电解液，所述电解液包含以下组分：电解质盐、有机溶剂、阻燃添加剂、降阻抗添加剂、功能添加剂；其特征在于：所述燃添加剂的取代基为硅氧基和乙氧基；所述降阻抗添加剂为含双键和/或三键的化合物；所述阻燃添加剂的结构通式为：

【技术特征摘要】
1.一种低阻抗阻燃型超级电容器电解液，所述电解液包含以下组分：电解质盐、有机溶剂、阻燃添加剂、降阻抗添加剂、功能添加剂；其特征在于：所述燃添加剂的取代基为硅氧基和乙氧基；所述降阻抗添加剂为含双键和/或三键的化合物；所述阻燃添加剂的结构通式为：其中，R1-R6为烷基、卤代烷基、卤代烷氧基、卤代联苯、烷氧基、烷基硅、卤代烯烃基、联苯基苯基、卤代苯基、烷基磷酸酯、烷氧基硅、烷氧基硼或酰胺基；其中：卤代为部分取代或全取代。2.如权利要求1所述的低阻抗阻燃型超级电容器电解液，其特征在于：所述燃添加剂的取代基为硅氧基和乙氧基。3.如权利要求2所述的低阻抗阻燃型超级电容器电解液，其特征在于：所述阻燃添加剂为：硅氧基五氟环三膦腈、硅氧基四氟环三膦腈(双取代)、苯氧基五氟环三膦腈、苯氧基四氟环三膦腈(双取代)、三氟丙基甲基环三硅氧烷、六苯氧基环三磷腈。4.如权利要求1所述的低阻抗阻燃型超级电容器电解液，其特征在于：所述含双键的化合物为：烯烃、醛、酮、酰胺。5.如权利要求4所述的低阻抗阻燃型超级电容器电解液，其特征在于：所述烯烃为链烯烃中的一种或两种以上的混合物；优选的，所述烯烃为共轭二烯烃、隔离二烯烃或累积二烯烃中的一种或两种以上的混合物；所述醛为甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、2-甲基丙醛、戊醛、3-甲基丁醛、己醛、丙烯醛、2-丁烯醛、苯甲醛等中的一种或两种以上的混合物。6.如权利要求4所述的低阻抗阻燃型超级电容器电解液，其特征在于：所述酮为丙酮、2-丁酮、2-戊酮、3-戊酮、2-己酮、3-己酮、环戊酮、环己酮、苯乙酮、二苯甲酮中的一种或两种以上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯金奎，安永灵，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37