用于超级电容器及高功率电池用途的电解质制造技术

本发明专利技术涉及一种电化学元件，包括：基于腈基溶剂的电解质，其中，电解质盐包含NaClO4，且在该电化学元件的任何充电阶段，该电解质盐在放电状态下具有高体积莫耳浓度。

Electrolytes for super capacitors and high power batteries

The invention relates to an electrochemical element, which comprises an electrolyte based on a nitrile solvent, wherein the electrolyte salt comprises NaClO4, and in any charging stage of the electrochemical element, the electrolyte salt has a high volume mol concentration in the discharge state.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于超级电容器及高功率电池用途的电解质
本专利技术涉及可充电的电化学元件，例如：诸如高功率电池或快速充电的电池，以及超级电容器。具体而言，本专利技术涉及用于这些电化学元件的电解质的改良。
技术介绍
高性能且低成本的超级电容器和快速电池有利于许多应用，例如，起动器电池或快速充电的电动交通工具。用于超级电容器或者高功率或快速充电电池的电解质盐通常介于1至1.5的体积莫耳浓度范围，其对应于当前所使用的盐的离子导电率最大值。在本领域中，先前已知使用NaClO4作为可用于乙腈溶剂的电解质盐。然而，所有相关的公开文献都描述在乙腈溶剂中使用1体积莫耳浓度或更低的NaClO4盐的电解质配方。随着有利于制造具有更高体积比电容的电双层超级电容器电极的技术发展，高浓度的超级电容器电解质的使用变得必要。例如，参考文献[2]描述一种使用基于乙腈溶剂的电解质的多孔碳基超级电容器电极，其体积比电容达170F/cm3。这些电极具有70％的空间填充，亦即，只有30％的电极体积是用于电解质的空的空间。根据参考文献[2]的资料，若所有电解质能够都在对称的电极体积内，则将这种对称型超级电容器充电至2.7V的电压将需要4体积莫耳浓度的初始盐浓度。在现有的电解质配方下，需要显着过量的电解质来使用这种电容量，透过最小化对这种过量电解质的需求而允许提升的体积比电容量的新颖电解质配方对工业和商业是有利的。
技术实现思路
在本专利技术中，公开了具有高离子导电率且具有成本效益，并且支持宽电压范围的高浓度盐。先前已知的高浓度电解质的导电性差且昂贵。乙腈常用作为超级电容器中的电解质溶剂。其也可以用作为某些高功率和/或快速充电的电池中的电解质溶剂，其中，电极循环电压与其电压范围相容。本专利技术公开在基于乙腈溶剂的电解质的导电率、成本效益，以及与先进的电极结构的相容性方面的显着改善。这些改善是通过使用含有高浓度NaClO4的电解质盐作为唯一的电解质盐或者与其他盐(共盐)组合，且与腈基溶剂组合来实现。本专利技术提升用于这些和其他应用的超级电容器与高功率电池的最新技术水准。这些改善实现在电解质的导电率、成本效益，以及与先进电极结构的相容性方面。因此，本专利技术有利于工业和商业。附图说明图1示出在乙腈溶剂中使用3体积莫耳浓度的NaClO4盐浓度的对称型超级电容器的电容量变化；两个电极由多孔碳在铝基板上制成；该超级电容器在循环期间充电至2.7V；最初的30个循环以0.5mA/cm2的电流速率进行，并且后续的循环以2mA/cm2的电流速率进行。具体实施方式在本文中，参考附图公开本专利技术的详细实施例。电化学元件可以至少包括：阳极、阴极，以及至少部分位于该阳极与该阴极之间的电解质。电化学元件可以进一步包括在该阳极与该阳极之间的隔板。电化学元件可以进一步包括一个或多个电荷载体。电化学元件可以进一步包括壳体。电化学元件的电解质可以包括钠基盐。电化学元件的电解质可以包括腈基溶剂。该电解质的钠基盐可以是NaClO4。该电化学元件可以是对称的，在这种情况下，阳极材料和阴极材料基本上是相同的。该电化学元件可以是不对称的，在这种情况下，阳极材料和阴极材料基本上是不相同的。该电化学元件可以是超级电容器或电池。该电池可以是一次(一次性使用)电池或二次(可充电)电池。先前已经陈述使用乙腈溶剂的NaClO4电解质盐的离子导电率最大值发生在0.55体积莫耳浓度(参考文献[1])。然而，我们惊讶地发现，与其他常用的电解质盐相反，包括NaClO4盐的电解质在乙腈溶剂中的离子导电率随着高莫耳浓度而增加。经过一段时间后，发现当NaClO4浓度变得过高时导电率降低。具体而言，发现电解质的离子导电率随着NaClO4浓度的增加而增加，且在大约3体积莫耳浓度时达到导电率最大值。在电解质盐的体积莫耳浓度大于1时，电解质盐可被认为是高浓度。在体积莫耳浓度等于或大于1.25时，电解质盐可被认为是高浓度。在体积莫耳浓度大于1.5时，电解质盐可被认为是高浓度。在体积莫耳浓度等于或大于1.75时，电解质盐可被认为是高浓度。在体积莫耳浓度等于或大于2时，电解质盐可被认为是高浓度。在体积莫耳浓度等于或大于2.25时，电解质盐可被认为是高浓度。在体积莫耳浓度等于或大于2.5时，电解质盐可被认为是高浓度。在体积莫耳浓度等于或大于2.75时，电解质盐可被认为是高浓度。在体积莫耳浓度等于或大于大约3时，电解质盐可以被认为是高浓度。在电解质盐的体积莫耳浓度等于或小于1时，电解质盐可被认为是低浓度。在体积莫耳浓度小于0.95时，电解质盐可被认为是低浓度。在体积莫耳浓度小于0.7时，电解质盐可被认为是低浓度。在体积莫耳浓度小于0.5时，电解质盐可被认为是低浓度。在体积莫耳浓度小于0.35时，电解质盐可被认为是低浓度。在体积莫耳浓度小于0.25时，电解质盐可被认为是低浓度。在体积莫耳浓度小于0.2时，电解质盐可被认为是低浓度。在体积莫耳浓度小于0.15时，电解质盐可被认为是低浓度。电化学元件的充电与放电状态之间的电解质盐浓度的下界可以是其高浓度值。电解质莫耳浓度的上界可以是处于或接近于其在电解质溶剂中的溶解度极限。电解质盐的体积莫耳浓度可以在下界(高浓度)和上界(在电解质溶剂中的溶解度极限)的任何组合之间。所述溶解度极限是根据当前的溶剂和盐而变化。在此，溶解度极限可以是指电解质的体积莫耳浓度超过其在电解质溶剂中的溶解度极限的70％。在此，溶解度极限可以是指电解质的体积莫耳浓度超过其在电解质溶剂中的溶解度极限的85％。在此，溶解度极限可以是指电解质的体积莫耳浓度超过其在电解质溶剂中的溶解度极限的90％。在此，溶解度极限可以是指电解质的体积莫耳浓度超过其在电解质溶剂中的溶解度极限的95％。在此，溶解度极限可以是指电解质的体积莫耳浓度超过其在电解质溶剂中的溶解度极限的98％。在此，溶解度极限可以是指电解质的体积莫耳浓度超过其在电解质溶剂中的溶解度极限的99％。在电化学元件是超级电容器的情况下，体积莫耳浓度是指在完全放电状态或组装状态下的浓度，且对应于在充电/放电循环中的最高体积莫耳浓度。在超级电容器的情况下，体积莫耳浓度可能在充电过程中降低，并且在完全充电状态下，甚至可能下降到大约为零(体积莫耳浓度不会降低到恰好为零，否则电解质将不再使离子导电)。在电解元件是电池的情况下，在充电与放电状态之间，体积莫耳浓度基本上不会改变，且该体积莫耳浓度是指基本上恒定的体积莫耳浓度。所述高浓度界限、溶解度极限界限及/或范围的任何组合都是可能的。为了避免疑惑，当电解质中存在共盐时，如下所述，该电解质盐浓度(或盐浓度)是指组合的NaClO4：共盐浓度。表1示出在没有共盐的系统中，电解质导电率对NaClO4浓度的相关性。其他溶剂是可以的，最优选可以为腈基溶剂。表1：在乙腈溶剂中的作为盐浓度的函数的NaClO4盐的离子导电率NaClO4浓度0.5M2M2.5M3M3.5M电解质导电率<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学元件，包括基于腈基溶剂的电解质，其特征在于，电解质盐包含NaClO

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170317 FI 201752391.一种电化学元件，包括基于腈基溶剂的电解质，其特征在于，电解质盐包含NaClO4，且该电解质盐在放电状态下具有大于1的体积莫耳浓度。


2.根据权利要求1所述的电化学元件，其特征在于，该腈基溶剂是乙腈。


3.根据权利要求1或2所述的电化学元件，其特征在于，该电解质盐进一步包含含钠的共盐。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的电化学元...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德拉斯·卡瓦克，塔帕尼·阿萨雷拉，大卫·洛伊德，大卫·布朗，
申请(专利权)人：宽广位元电池公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI