一种形成电解质溶液的方法，包括在液体溶剂中混合四氟硼酸铵和卤化季铵盐，形成四氟硼酸季铵盐和卤化铵。从溶剂中除去卤化铵沉淀，形成电解质溶液。反应物可逐步加入到溶剂中，并且所述方法可包括采用化学计量过量的四氟硼酸铵来形成基本上不含卤离子的电解质溶液。可以在低温下完成过滤，以降低所得电解质中的过量溴离子的量。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于超级电容器的电解质的合成本申请根据35U.S.C.§120，要求2011年8月30日提交的美国申请序列第13/220865号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。背景本专利技术一般涉及形成电解质组合物的方法，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。所述器件可以包括被多孔隔片和/或有机电解质分隔的两个或更多个碳基电极，所述器件的能量密度大多由电解质的性质决定。商业超级电容器中使用的典型电解质包括溶解于溶剂如乙腈中的四氟硼酸四乙铵(TEA-TFB)盐。此电解质体系具有许多有益的性质，包括盐溶解性和离子导电性。电解质溶液研发中的一个重要因素是成本。由于合成和提纯的花费较高，市售TEA-TFB较为昂贵。美国专利第5,705,696号公开了合成TEA-TFB的一个例子。该示例性方法涉及在水性介质中使四烷基卤化铵与金属四氟硼酸盐反应，然后通过薄膜透析除去金属卤化物。美国专利第7,641,807号公开了另一种合成途径，该专利公开了金属卤化物与四烷基卤化物混合于乙腈中，然后滤去金属卤化物。该过程的产物通常包括高浓度卤离子如氯离子(例如0.71重量％或7100ppm)以及缔合金属离子。不言而喻，这样的卤离子浓度对超级电容器的性能是有害的。基于前文所述，需要简单、经济的合成方法来生产高纯度TEA-TFB盐和包含TEA-TFB盐的电解质溶液。概述一种形成电解质溶液的方法包括在液体溶剂中混合四氟硼酸铵和卤化季铵盐，形成四氟硼酸季铵盐和卤化铵，然后从溶剂中除去卤化铵，形成电解质溶液。上述反应可以完全在室温左右的温度下进行。或者，可以在低于室温的温度下进行过滤步骤。在一些实施方式中，在低于室温的温度下的过滤产生较低的溴离子浓度。在一些实施方式中，可以采用化学计量过量的四氟硼酸铵，以最大程度减小产物中卤离子的浓度。所得产物是包含溶解于溶剂中的四氟硼酸季铵盐的电解质溶液，其中，电解质溶液中的氯离子的浓度小于1ppm；电解质溶液中溴离子的浓度小于1000ppm，小于500ppm，小于200ppm，小于100ppm，小于80ppm或者小于50ppm；电解质溶液中铵离子的浓度大于1ppm。在以下的详细描述中给出了本专利技术的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，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提出了本专利技术的实施方式，目的是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是利用化学计量比的反应物制备的电解质溶液的CV曲线；以及图3是利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。详细描述一种制备四氟硼酸季铵盐的方法，包括使一种或多种卤化季铵盐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盐和溴化铵。四氟硼酸季铵盐可溶于有机溶剂，同时溴化铵形成沉淀。沉淀的NH4Br可滤出，形成例如TEA-TFB在有机溶剂如乙腈中的溶液。在一些实施方式中，完整的反应在室温左右的温度下，在不断搅拌下进行。在一些实施方式中，反应在室温左右的温度下，在不断搅拌下进行，然后在低于室温的温度下进行过滤步骤。在一些实施方式中，所述低于室温的温度包括对应于电解质盐不会发生沉淀的最低可能温度。在一些实施方式中，所述低于室温的温度包括对应于使得溴离子最小化的温度。在一些实施方式中，所述低于室温的温度包括对应于电解质盐不会发生沉淀并且使得溴离子最小化的最低可能温度。在一些实施方式中，所述低于室温的温度包括使得电解质盐和杂质的溶解度参数的差异最大化的温度。在一些实施方式中，所述低于室温包括约20至约-30℃，约15至约-30℃，约10至约-30℃，约5至约-30℃，约0至约-30℃，约-5至约-30℃，约-10至约-30℃，约-15至约-30℃，约-20至约-30℃，约-25至约-30℃，约20至约-25℃，约15至约-25℃，约10至约-25℃，约5至约-25℃，约0至约-25℃，约-5至约-25℃，约-10至约-25℃，约-15至约-25℃，约-20至约-25℃，约20至约-20℃，约15至约-20℃，约10至约-20℃，约5至约-20℃，约0至约-20℃，约-5至约-20℃，约-10至约-20℃，约-15至约-20℃，约20至约-15℃，约15至约-15℃，约10至约-15℃，约5至约-15℃，约0至约-15℃，约-5至约-15℃，约-10至约-15℃，约20至约-10℃，约15至约-10℃，约10至约-10℃，约5至约-10℃，约0至约-10℃，约-5至约-10℃，约20至约-5℃，约15至约-5℃，约10至约-5℃，约5至约-5℃，约0至约-5℃，约20至约0℃，约15至约0℃，约10至约0℃，约5至约0℃，约20至约5℃，约15至约5℃，约10至约5℃，约20至约10℃，约15至约10℃，或者约20至约15℃。在一些实施方式中，所述低于室温包括约-30、-25、-20、-15、-10、-5、0、5、10、15、或者20℃。与采用四氟硼酸金属盐作为反应物的许多已知合成路径不同，本专利技术方法采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通过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。合适的四氟硼酸季铵盐包括四氟硼酸四甲基铵(Me4NBF4)、四氟硼酸四乙基铵(Et4NBF4)、四氟硼酸四丙基铵(Pr4NBF4)、四氟硼酸四丁基铵(Bu4NBF4)、四氟硼酸三乙基甲基铵(Et3MeNBF4)、四氟硼酸三甲基乙基铵(Me3EtNBF4)和四氟硼酸二甲基二乙基铵(Me2Et2BF4)。在各种实施方式中，示例性有机溶剂包括偶极非质子溶剂，如碳酸丙二酯、碳酸丁二酯、γ-丁内酯、乙腈、丙腈和甲氧基乙腈。在一些实施方式中，卤化季铵盐可与化学计量过量的四氟硼酸铵混合。因此，电解质溶液可利用化学计算量的四氟硼酸铵或者最多过量150％(按摩尔计)的四氟硼酸铵来形成。卤化季铵盐与四氟硼酸铵的摩尔比可以在1:1至1:1.5的范围内(例如1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4或1:1.5)。通过使用过量的四氟硼酸铵，所得溶液可包括过量的BF4和NH4离子。来自四氟硼酸铵的过量铵离子在合成过程中可有利地清除卤离子。卤离子还会促进所得电解质中不需要的法拉第反应。根据一个实施方式的电解质溶液包含溶解于溶剂中的四氟硼酸季铵盐，其中，电解质溶液中的氯离子的浓度小于1ppm；电解质溶液中溴离子的浓度小于1000ppm，小于500ppm，小于200ppm，小于100ppm，小于80ppm或者小于50ppm；电解质溶液中铵离子的浓度大于1ppm。电解质溶液在25℃的电导率可至少为45mS/cm(例本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.30 US 13/220,8651.一种形成电解质溶液的方法，该方法包括：在乙腈中混合作为反应物的四氟硼酸铵和卤化季铵盐，形成四氟硼酸季铵盐和卤化铵；其中，四氟硼酸铵的量相比卤化季铵盐是化学计量过量的，以最大程度减小产物中卤离子的浓度；且所述卤化季铵盐是四乙基溴化铵或三乙基甲基溴化铵，且所述四氟硼酸季铵盐各自是四氟硼酸四乙基铵或四氟硼酸三乙基甲基铵；以及从乙腈中去除卤化季铵盐，形成电解质溶液；其中，在低于20℃的温度下进行去除步骤。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，四氟硼酸铵与卤化季铵盐的摩尔比是1:1至1.5:1。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合的操作在不断搅拌下进行。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合的操作包括逐步向乙腈中加入四氟硼酸铵和卤化季铵盐。5.如权利要求1所述的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·P·加德卡里，S·科达利，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：
国别省市：
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