一种超级电容器电解液添加剂、电解液及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种超级电容器电解液添加剂、电解液及其应用，所述超级电容器电解液添加剂包括双吡啶盐共轭有机分子；所述双吡啶盐共轭有机分子的结构如式(I)所示，其中，R

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容器电解液添加剂、电解液及其应用
本专利技术属于超级电容器
，具体涉及一种超级电容器电解液添加剂、电解液及其应用。
技术介绍
随着便携式电子设备、可穿戴设备和电动交通工具的高速发展，人们对各种电子设备的储能装置要求也越来越高，在众多储能装置中，超级电容器是一种高效的电化学储能器件，具有高充放电速率、高功率密度、长循环寿命、充电快速以及性能稳定等优点。因此，超级电容器受到日益广泛的关注，并且被广泛应用，但是相较于锂离子电池等储能设备，超级电容器的能量密度较低，这一弊端极大地限制了超级电容器的应用。因此，如何在保证超级电容器的长循环寿命及高功率密度等优点下，进一步提升其能量密度是当前研究的关键。电解液添加剂的加入能减小电解液的内阻，有效地提高超级电容器的比电容，并且电解液添加剂使用方便，不需改变现有超级电容器的结构及工艺条件。此外，电解液添加剂的用量少，只需少量的加入就能极大地提高超级电容器的电化学性能。CN105006377A公开了一种以偶氮类物质为添加剂的复合电解液及其制备方法，是由空白电解液和电解液添加剂组成的复合电解液，其中空白电解液为KOH溶液，电解液添加剂为偶氮类物质。所述复合电解液中KOH的浓度为1-6mol/L，偶氮类物质的浓度为1-10mmol/L。此专利技术方法操作容易，原料价廉易得，以偶氮类物质作为电解液添加剂可以改善电解液的离子电导性能，降低电解液的内阻，显著提高超级电容器的电化学性能。CN107275120A公开了一种电解液添加剂及含该添加剂的锂离子杂化超级电容器，通过在锂离子杂化超级电容器电解液中加入少量的添加剂，不仅使锂离子杂化超级电容器的充放电性能得到很大的提高，且含有此电解液添加剂的锂离子杂化超级电容器具有阻燃能力，提高了其使用安全性。现有技术中对于如何有效提高超级电容器能量密度的策略还很有限，因此，开发出一种在保证超级电容器长循环寿命及高功率密度的前提下，进一步提升其能量密度的电解液添加剂是很有意义的。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种超级电容器电解液添加剂、电解液及其应用。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供一种超级电容器电解液添加剂，所述超级电容器电解液添加剂包括双吡啶盐共轭有机分子；所述双吡啶盐共轭有机分子的结构如式(I)所示：其中，R1和R1'独立地选自取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的烷氧基，具体为：R1可以选自取代的烷基、未取代的烷基、取代的芳基、未取代的芳基、取代的烷氧基或未取代的烷氧基；R1'可以选自取代的烷基、未取代的烷基、取代的芳基、未取代的芳基、取代的烷氧基或未取代的烷氧基。R2选自单键、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的五元杂环基团，具体为：R2可以选自单键、取代的杂芳基、未取代的杂芳基、取代的五元杂环基团或未取代的五元杂环基团。X1和X2独立地选自含氟阴离子。X1和X2选择含氟阴离子是因为其能使式(I)所述的电解液添加剂更易溶于有机溶剂，解离能较小，其形成的盐易在溶剂中解离。本专利技术所涉及的电解液添加剂包括双吡啶盐共轭有机分子，此类分子具有氧化还原性质，能在充电时还原，在放电时氧化。这些分子在充放电过程中的氧化/还原反应为电容器提供了赝电容，进而增强了电容器的比电容。此类分子同时具有在有机体系中溶解性好、合成较为简单以及性能较高等优点。因此使得用其制得的超级电容器具有长循环寿命、循环稳定性、高功率密度和高能量密度。优选地，所述R1选自如下结构式中的任意一种：式中曲线代表基团的连接位置。中，当n为0时，即为甲基。其中，n选自0-10中的任一整数，例如0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。以上这些基团具有不同电子结构和电负性，能影响含吡啶的共轭基团的电子结构，进而影响分子的氧化还原性质，最终影响其在电容器中的性能。优选地，所述R1'选自如下结构式中的任意一种：式中曲线代表基团的连接位置。其中，n选自0-10中的任一整数，例如0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。n的取值不能超过10，若超过10则会大大地降低所述电解液添加剂的溶解性。优选地，所述R2选自如下结构式中的任意一种：式中曲线代表基团的连接位置。其中，m选自1-4中的任一整数，例如1、2、3或4。以上结构能够稳定还原态的吡啶环，进而提高添加剂分子的循环稳定性，且有利于阴阳离子的解离，改善电解液的电阻，从而提高电解液的性能。m的取值不能超过4，若超过4则会由于共轭环过大使所述电解液添加剂的溶解性大大降低。优选地，所述X1选自如下结构式中的任意一种：优选地，所述X2选自如下结构式中的任意一种：所述双吡啶盐共轭有机分子参照文献(K.Takahashi,T.Nihira,K.Akiyama,Y.Ikegami,E.Fukuyo,SynthesisandCharacterizationofNewConjugation-ExtendedViologensInvolvingaCentralAromaticLinkingGroup,J.Chem.Commun.,1992,620-622；TerryL.Price,Jr.andHarryW.Gibson,SupramolecularPseudorotaxanePolymersfromBiscryptandsandBisparaquats,J.Am.Chem.Soc.2018,140,12,4455-4465；D.Taffa,M.Kathiresan,L.Walder,TuningtheHydrophilic,Hydrophobic,andIonExchangePropertiesofMesoporousTiO2,Langmuir,2009,25,5371-5379.)中的制备方法进行制备。另一方面，本专利技术提供一种超级电容器电解液，所述超级电容器电解液包括基础电解液和如上所述的超级电容器电解液添加剂。优选地，所述超级电容器电解液添加剂在超级电容器电解液中的浓度为0.01-2000mmol/L，例如0.01mmol/L、0.1mmol/L、1mmol/L、5mmol/L、10mmol/L、50mmol/L、100mmol/L、200mmol/L、500mmol/L、800mmol/L、1000mmol/L、1500mmol/L或2000mmol/L等。优选地，所述超级电容器电解液添加剂在超级电容器电解液中的浓度为5-1000mmol/L，例如5mmol/L、10mmol/L、20mmol/L、50mmol/L、100mmol/L、200mmol/L、500mmol/L或1000mmol/L等。优选地，所述基础电解液为有机体系电解液，即该超级电容器电解液添加剂适用于所有的有机体系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超级电容器电解液添加剂，其特征在于，所述超级电容器电解液添加剂包括双吡啶盐共轭有机分子；所述双吡啶盐共轭有机分子的结构如式(I)所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种超级电容器电解液添加剂，其特征在于，所述超级电容器电解液添加剂包括双吡啶盐共轭有机分子；所述双吡啶盐共轭有机分子的结构如式(I)所示：



其中，R1和R1'独立地选自取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的烷氧基；
R2选自单键、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的五元杂环基团；
X1和X2独立地选自含氟阴离子。


2.如权利要求1所述的超级电容器电解液添加剂，其特征在于，所述R1选自如下结构式中的任意一种：



其中，n选自0-10中的任一整数。


3.如权利要求1或2所述的超级电容器电解液添加剂，其特征在于，所述R1'选自如下结构式中的任意一种：



其中，n选自0-10中的任一整数。


4.如权利要求1-3中任一项所述的超级电容器电解液添加剂，其特征在于，所述R2选自如下结构式中的任意一种：

【专利技术属性】
技术研发人员：智林杰，牛越，马英杰，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11