超级电容器用有机电解液的研究

1、超级电容器用有机电解液的研究摘要：介绍了一种有机电解液体系活性碳基超级电容器的制作过程，对比研究了6种不同的有机电解液，并组装成超级电容器，测试了其电化学性能。结果表明：EhNBF4PC体系适合作为超级电容器的电解液；LiPF6PC、LiPF6EC+PC体系因发生分解反应，不适宜用于超级电容器。 关键词：超级电容器 双电层电容器 有机电解液 活性碳 超级电容器（Supereapaeltor）以其大功率、长寿命、环保、高效等特点HI3 J在电子工业领域初广泛应用。高比表面积的活性碳具有吸附性能优异、电极结构灵活等特点，在超级电容器工业化进程中被广泛使用。有机电解液对超级电容器的容量、内阻、温度特

2、性等性能有着重要影响E2J。本文作者对超级电容器的制作进行介绍的同时，对6种有机电解液用于超级电容器的性能也进行了考察。1、实验 11 活性碳物理性能测试 对电极原料的活性碳进行了物理性能参数测试。比表面积与孔径分布测试采用ASAP2010型测试仪，吸附质为77 K N2；粒度测试采用马尔文激光粒度测试仪；振实密度测试采用Quanta Chrome型测试仪，按照GBT 5162-1985标准进行测试。 12 电解液物理性能测试 选用了6种电解液（浓度均为1 toolL）进行对比测试，分别标记为E1一E6电解液，其具体成分如表1所示。用DDS-11C型数字式电导仪测试不同温度下电解液的电导率，温

3、度范围为一20一60。用Netzaeh-Tase-4144型热分析仪测试电解液的热稳定性，温度范围为25350 ，升温速率为5min，N2气氛保护。 13 超级电容器的组装 按照质量比80：10：10称取活性碳、乙炔黑和粘结剂PTFE（聚四氟乙烯），干混后加入适量的水，用搅拌器搅拌3 h，调节粘度至6.57.0 kPas。把浆料用极片涂布机均匀涂覆于厚度为20 tim的铝箔集流体上，双面极片厚度控制在240tim。将极片按照35 mm×62 mm规格分切，叠片，组装成超级电容器。外包装为锂离子电池用铝箔袋，隔离膜为接枝聚丙烯膜。 14 电化学性能测试 使用美国MC4型超级电容器测试仪

4、进行不同温度下的恒流充放电性能测试，测试电流为1 A，电压范围为028 V。使用Zahner IM6型电化学工作站测试交流阻抗谱，以确定超级电容器的直流内阻，频率范围为5 kHz01 Hz。 15 气相色谱分析 使用Agilent7093型气相色谱仪对恒电流测试中的分解气体进行了测试分析。测试方法为：抽取1 m1分解气体，打人毛细柱中进行分流测试，分流比为126：1，柱口温度为240 。炉温为300 。2、结果和讨论 21 活性碳的物理性能 SUP-AC活性碳的粒度为48 pan，比表面积为1 660 m2g，在总孔容（085 cm3g）中，微孔占62，中孔占24。 22 电解液的物理性能 图

5、1为不同温度下测试的电解液电导率曲线。电解液的电导率大小直接影响超级电容器的内阻在不同温度下内阻的变化，对电容器的温度特性有显著影响。从图1中可以看出：随着温度升高，电解液的电导率增大；E3电解液电导率性能最优，常温电导率为115 Sm，高低温性能优良；E5电解液电导率性能最差，常温电导率仅为057 Sm，60 时电导率为109 Sm。作为超级电容器的电解液，在一定的温度范围内要保持其热稳定性。图2为6种电解液的热重（TG）分析和差热（DSC）分析。从图2中曲线可以看出：E1电解液有3个明显放热峰，峰1峰3分别为DMC（沸点90 ）、EMC（沸点110 ）、EC（沸点248 ）的挥发峰；峰I的

6、起始温度（60）较低，超级电容器长时间大电流充放电时，内部温度会较高，致使电解液挥发、内阻增大等；峰2的最高点温度为180 ，远远高于EMC的沸点I10 。这是因为存在EMC转变为DEC和DMC的可逆反应HJ。E2电解液的4个挥发峰按温度顺序依次为DMc、EMC、GBL（沸点202 ）、EC。由于DMc的存在，电解液依然在60开始有少量挥发。E3电解液的吸热峰峰1为溶剂PC（沸点241 ）的挥发峰，放热峰峰2为电解质Et4NBF4的分解峰，发生温度为312 ；E3电解液在100 以下几乎没有热敏感现象发生，性能稳定。E4电解液热稳定性较差，从50 开始一直伴随有热失重现象。E5和E6电解液在1

7、00 左右都有一个微小的阶跃峰，这可能是由于其中的电解质LiPF6在水分含量较高时发生分解所致；250 左右的吸热峰分别为溶剂PC、PCEC的挥发峰。 23 电化学性能测试 采用不同电解液装配超级电容器，成品尺寸为3.8 mm×62.0 mm×35.0 mm，总质量为12.6 g。在可控温度箱中，对组装的超级电容器进行不同温度下的恒电流充放电测试，结果如图3a所示；测量超级电容器的交流阻抗图谱以获得等效直流内阻，结果如图3b所示。从图3a可以看出：在一2025 的低温区，随着温度的升高，电解液的容量增加；在2560的高温区，随着温度的升高，电解液的容量降低；E3电解液体系的

8、容量最高，25 时为57 F，低温性能也较好。从图3b可以看出：随着温度的升高，电解液的等效直流内阻减小；E3电解液体系的内阻相对最小，25 时为0.20。超级电容器双电层原理中的离子吸附贮电过程对热敏感，吸附反应是一个吸热过程。当温度升高时，离子活性增加，不利于稳定吸附反应的发生，同等面积上吸附的电荷量减少，容量降低；当温度降低时，有利于吸附过程发生，同等面积上吸附的电荷量增加，容量增加。另一方面，当温度升高时，电解液的离子电导率升高，内阻减小，由于内阻消耗的电压减小，可供贮能的电压范围变宽，容量增加；当温度降低时，电解液的离子电导率降低，内阻增大，可供贮能的电压范围变窄，容量减少。温度的变

9、化对超级电容器的容量和内阻有着双重影响。从本实验的测试数据来看，温度对吸附过程的影响占据主导地位，是影响超级电容器容量的主要因素；温度变化引起的内阻变化部分，对容量增减的影响相对较小。24 气相色谱分析 在恒电流充放电的测试过程中，发现E5和E6电解液体系有鼓气现象，内部分解的气体量随时间而逐渐增加。为了解气体分解的原因，选取E5电解液体系样品，进行气相色谱测试，结果如图4所示。从图4可以看到：在45.72 S的位置有一个向下的负峰，这是H2的典型特征峰，占总气体的0.122；气体中含量最多的两种气体是CO2与CO，分别占58与39。这是因为：PC溶剂分子与EC溶剂分子在Li 的参与下，会在活性碳颗粒微晶边缘处发生不可逆的氧化还原反应，不但造成气体的产生，而且由于可吸附面积的不断减少，容量产生衰减。3、结论 a对电解液的电导率与TG-DSC分析表明：E3电解液具有较高的电导率与热稳定性，这个结果在电化学性能的测试