【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电容器，更具体地，涉及一种锂金属电容器用高压电解液及电容器。
技术介绍
1、锂金属电容器是一种新型的储能器件，由锂金属负极与电容型碳正极组成。作为“圣杯”负极材料的金属锂具有极高的理论比容量(3860mah g-1)和最低氧化还原电位(-3.04v，相对标准氢电极)，能够大幅度提高电容器的能量密度。在正极方面，高镍三元正极材料(充电电压＜4.5v)虽具有较高的能量密度与比容量，但其结构稳定性与热稳定性较差，容易发生阳离子混排与结构结构相变，进而产生结构退化、产气等问题。在高电压下，这些问题加剧，加速了高镍三元材料的结构破坏与容量衰退过程。而电容型碳材料具有高导电性以及稳定的物理化学特性，在5v以上的高电压仍能保持优异的结构稳定性，其表面能够发生快速的双电层吸脱附过程，为锂金属电容器提供超高的功率密度。此外，碳材料拥有环境友好、产量丰富、廉价易得等优点，极大降低了锂金属电容器的制备成本，显著延长了器件寿命。因此锂金属电容器兼具锂金属电池的高能量密度与锂离子电容器的高功率密度，其充放电性能稳定且循环寿命长，其在储能器件市场具有不可估量的发展潜力。
2、在高电压下，锂金属体系副反应加剧并且普通电解液易氧化分解，进而引发了锂枝晶无序生长与电化学性能劣化等难题，严重限制了锂金属电容器的商业化进程。
技术实现思路
1、基于现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种锂金属电容器用高压电解液，该电解液应用于锂金属电容器中，使电容器突破5v高压限制，同时提高其电化学
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种锂金属电容器用高压电解液，包括锂盐和溶剂，所述溶剂由氟代羧酸酯、氟代碳酸酯和醚类溶剂组成；所述溶剂按体积百分比计，其组成如下：
4、氟代羧酸酯 40-55％
5、氟代碳酸酯 10-30％
6、醚类溶剂 20-50％；
7、所述电解液使电容器的放电电压达到5.5v。
8、在一些实施方式中，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种。
9、在一些实施方式中，所述锂盐由六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂组成。
10、在一些实施方式中，所述电解液中，所述六氟磷酸锂的浓度为0.9-1.5mol l-1；所述双三氟甲烷磺酰亚胺锂的浓度为0.3-0.8mol l-1；所述二氟草酸硼酸锂的浓度为0.1-0.6mol l-1。
11、在一些实施方式中，所述氟代碳酸酯为氟代碳酸乙烯酯、双三氟乙基碳酸酯、甲基三氟乙基碳酸酯中的至少两种。
12、在一些实施方式中，所述醚类溶剂为二甲醚、四氟乙基四氟丙基醚中的至少一种。
13、在一些实施方式中，所述氟代羧酸酯包括三氟乙酸乙酯、三氟乙酸甲酯、五氟丙酸甲酯、二氟乙酸乙酯中的至少一种。
14、本专利技术还提供了包括上述任一个实施方式的电解液的锂金属电容器，所述锂金属电容器放电电压大于5.0v。
15、在一些实施方式中，所述锂金属电容器还包括正极、负极和隔膜；所述负极为锂片，正极优选为三维氮掺杂多孔活性碳。
16、相较于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
17、本专利技术使用氟代羧酸酯、氟代碳酸酯类和醚类作为电解液的溶剂，其中，氟代羧酸酯作为高压电解液的助溶剂，能够极大提升导电性，提升离子电导率，改善锂金属电容器的循环稳定性与低温性能；氟代碳酸酯具有优异的抗氧化性，能够提升锂金属电容器的高压性能，并且能够作为良好的成膜剂，在碳正极与锂负极表面构筑富含lif的界面膜，抑制电极与电解液之间的副反应，促进锂离子的均匀沉积；醚类溶剂可有效提升氟代溶剂的溶解性，降低电解液体系粘度，抑制碳正极表面的浓差极化。锂盐使用六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和二氟草酸硼酸锂的混合锂盐组合，其中六氟磷酸锂是一种能够兼顾各项性能的锂盐，具有较好的导电性与溶解性，但其含有不稳定的p-f键，在高温下易水解生成有毒气体hf，双三氟甲烷磺酰亚胺锂具有较好的热稳定性，但其在5v下会腐蚀铝箔，因此加入二氟草酸硼酸锂来抑制hf与双三氟甲烷磺酰亚胺锂对铝箔的腐蚀，还能够构筑含b、n、s界面膜，该界面膜具有良好导电性与机械稳定性，可促进锂离子均匀沉积，抑制正负极与电解液之间的副反应，从源头上解决锂枝晶安全问题。本专利技术通过六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和二氟草酸硼酸锂三者协同作用，以提升高压电解液的导电性与热稳定性，并构筑高效而稳定的界面膜。同时，本专利技术通过各溶剂与锂盐的协同作用，突破了锂金属电容器的高电压限制，使其能够在5v下稳定循环，并降低氟代溶剂体系的粘度，提升电导率，还在锂负极与碳正极侧分别构筑了高效界面膜，抑制电极与电解液之间的副反应，极大改善了锂金属电容器的循环稳定性，显著提升其比容量，进而保证锂金属电容器以高能量密度与高功率密度稳定而持久的循环。
18、本专利技术将各组分比例进行合理调控，锂盐与溶剂协同作用进一步提升了锂金属电容器的电化学性能，使其在5v高压下具有优异的循环稳定性，同时有效解决锂负极侧的锂枝晶问题与碳正极侧的浓差极化问题，达到高能量密度与高功率密度。
19、除此以外，本专利技术提供的锂金属电容器用高压电解液中富含氟元素，具有良好的阻燃特性，大大提升锂金属电容器的安全性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种锂金属电容器用高压电解液，其特征在于，包括锂盐和溶剂，所述溶剂由氟代羧酸酯、氟代碳酸酯和醚类溶剂组成；所述溶剂按体积分数计，其组成如下：
2.根据权利要求1所述的锂金属电容器用高压电解液，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和二氟草酸硼酸锂。
3.根据权利要求2所述的锂金属电容器用高压电解液，其特征在于，所述锂盐由六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂组成。
4.根据权利要求2或3所述的锂金属电容器用高压电解液，其特征在于，所述电解液中，所述六氟磷酸锂的浓度为0.9-1.5molL-1；所述双三氟甲烷磺酰亚胺锂的浓度为0.3-0.8molL-1；所述二氟草酸硼酸锂的浓度为0.1-0.6mol L-1。
5.根据权利要求1所述的锂金属电容器用高压电解液，其特征在于，所述氟代碳酸酯为氟代碳酸乙烯酯、双三氟乙基碳酸酯、甲基三氟乙基碳酸酯中的至少两种。
6.根据权利要求1所述的锂金属电容器用高压电解液，其特征在于，所述醚类溶剂为二甲醚、四氟乙基四氟丙基醚中的至少一种。
7.根据权
8.一种锂金属电容器，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的电解液，所述锂金属电容器放电电压大于5.0V。
...【技术特征摘要】
1.一种锂金属电容器用高压电解液，其特征在于，包括锂盐和溶剂，所述溶剂由氟代羧酸酯、氟代碳酸酯和醚类溶剂组成；所述溶剂按体积分数计，其组成如下：
2.根据权利要求1所述的锂金属电容器用高压电解液，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和二氟草酸硼酸锂。
3.根据权利要求2所述的锂金属电容器用高压电解液，其特征在于，所述锂盐由六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂组成。
4.根据权利要求2或3所述的锂金属电容器用高压电解液，其特征在于，所述电解液中，所述六氟磷酸锂的浓度为0.9-1.5moll-1；所述双三氟甲烷磺酰亚胺锂的浓度为0.3-0.8moll-1；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹康宇，黄兴，谭磊，宁天翔，尹提，郭雅琴，李灵均，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。