一种电解液及其制备方法和电容器

技术领域

本发明涉及电解液技术领域，特别涉及一种电解液及其制备方法和电容器。

背景技术

在电容器中，电解液填充在两个导体板之间，能够增加电容器的有效电极面积，从而提高电容器的电容量。乙二醇由于沸点高，饱和蒸汽压低，成本低，成为目前电容器工作电解液普遍采用的溶剂。由于乙二醇的凝固点为-12.9℃，难以满足电容器在低温环境下的使用。申请号为CN201610934064.8的中国专利文献公开了一种高压铝电解电容器的工作电解液，其通过以3-甲氧基丙腈作为辅助溶剂，与乙二醇等醇类配成混合溶剂可制得高电导率、高闪火电压的工作电解液。但是，3-甲氧基丙腈在高温或者酸性条件下容易分解，影响到电解液和电容器的性能；此外，3-甲氧基丙腈对金属材料具有一定的腐蚀性，使得电容器的寿命缩短。

可见，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种电解液及其制备方法和电容器，旨在解决现有技术中以3-甲氧基丙腈作为辅助溶剂的电解液会影响电容器性能和使电容器使用寿命缩短的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

本发明提供了一种电解液，按重量份数计算，包括以下组分：

所述的电解液中，所述主溶剂包括乙二醇、丙二醇、丁二醇中的一种或多种。

所述的电解液中，所述电解质包括四氟硼酸四乙基铵盐、N-二烷基哌啶鎓盐、N,N-二乙基吡咯鎓四氟硼酸盐中的一种或多种。

所述的电解液中，所述闪火提升剂包括聚丙二醇、聚乙二醇中的一种或两种。

所述的电解液中，所述的聚丙二醇的平均相对分子量为200～400；聚乙二醇的平均相对分子量为200～600。

所述的电解液中，所述消氢剂包括对硝基苯甲醇、对硝基苯甲酸、邻硝基苯酚中的一种或多种。

所述的电解液中，所述咪唑类化合物包括1-乙基-3-甲基咪唑盐、1-丁基-3-甲基咪唑盐、1-丁基-2，3-二甲基咪唑盐中的一种或多种。

本发明还提供了一种前述电解液的制备方法，包括如下步骤：

S1.将主溶剂和咪唑类化合物加热至75～80℃，然后加入闪火提升剂，搅拌15～20min，得到第一混合物；

S2.将第一混合物加热至90～105℃，然后加入电解质，搅拌25～30min，得到第二混合物；

S3.将第二混合物降温至55～60℃，加入消氢剂，搅拌30～40min，得到电解液。

本发明还提供了一种电容器，所述电容器包含前述的电解液。

有益效果：

本发明提供了一种电解液及其制备方法和电容器，通过将丙二醇二甲醚作为辅助溶剂引入电解液中，使丙二醇甲醚与主溶剂搭配使用，不仅能够保证电解液在低温环境下的性能不会下降，电容器在低温环境下仍能够正常工作，而且因丙二醇二甲醚分子结构中存在不含高活性的官能团，还能够削弱电解液的腐蚀性并使电解液在高温和酸性环境下的稳定性好，本发明制得的电解液电导率能够达3.58±0.05ms/cm,，闪火电压≥600V，从而能够使电容器保持正常的工作性能，且电容器的使用寿命能够延长。

具体实施方式

本发明提供一种电解液及其制备方法和电容器，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种电解液，按重量份数计算，包括以下组分：

电解质          10～20份；

主溶剂          40～60份；

丙二醇二甲醚    5～12份。

上述的电解液中，丙二醇二甲醚为辅助溶剂引入电解液中，其可以溶解电解质，帮助电解质在电解液中稳定分散，从而提高电解液的电导率，而适量的丙二醇二甲醚可以降低电解液的粘度，促进电解液的流动，从而提高电容器的工作效率；此外，丙二醇二甲醚具有较低的凝固点，其与主溶剂搭配使用，能够保证电容器在低温环境下的工作性能不会下降。

与3-甲氧基丙腈相比，丙二醇二甲醚中的甲氧基比3-甲氧基丙腈中的氰基更具惰性，不易发生化学反应，同时丙二醇二甲醚具有较低的汽化热、相对较高的沸点和闪点，因此，丙二醇二甲醚在高温和酸性环境下的稳定性好，不易分解，不会影响电容器的性能，也能够增强电容器的安全性。此外，由于丙二醇二甲醚分子结构中不含高活性的官能团，含有甲氧基和醚键，因而丙二醇二甲醚不易与金属表面形成化学键，使得金属材料不容易腐蚀，电容器的使用寿命也能够延长。

本发明通过将丙二醇二甲醚作为辅助溶剂引入电解液中，使丙二醇甲醚与主溶剂搭配使用，不仅能够保证电解液在低温环境下的性能不会下降，电容器在低温环境下仍能够正常工作，而且因丙二醇二甲醚分子结构中存在不含高活性的官能团，还能够削弱电解液的腐蚀性并使电解液在高温和酸性环境下的稳定性好，从而能够使电容器保持正常的工作性能，且电容器的使用寿命能够延长。

进一步的，所述主溶剂包括乙二醇、丙二醇、丁二醇中的一种或多种。上述主溶剂中，丙二醇和丁二醇的凝固点均低于-60℃，因此，通过选择丙二醇、丁二醇为主溶剂或乙二醇与丙二醇和丁二醇搭配使用，能够显著改善电解液的低温性能。

进一步的，所述电解质包括四氟硼酸四乙基铵盐、N-二烷基哌啶鎓盐、N,N-二乙基吡咯鎓四氟硼酸盐中的一种或多种。上述电解质均为季铵盐，季铵盐作为电解质具有良好的离子传导性能，可以提高电解液的电导率，进而提高电容器的性能。

进一步的，所述的电解液还包括5～10份的闪火提升剂；所述闪火提升剂包括聚丙二醇、聚乙二醇中的一种或两种。通过向电解液中引入闪火提升剂，能够使电解液在保持高电导率的同时，还能够保持高闪火电压。上述闪火提升剂都是通过增加电解液的粘度和表面张力来提高闪火性能，且具有良好的生物相容性和低毒性。

优选的，所述的聚丙二醇的平均相对分子量为200～400；聚乙二醇的平均相对分子量为200～600，从而能够确保电解液的粘度不会增加明显，电解液的电导率不会显著下降。

进一步的，所述的电解液还包括1～3份的消氢剂；所述消氢剂包括对硝基苯甲醇、对硝基苯甲酸、邻硝基苯酚中的一种或多种。通过向电解液中引入消氢剂，能够防止电化学反应产生氢气，避免电容器内部的气压升高或发生爆炸等安全问题。

进一步的，所述的电解液还包括1～3份的咪唑类化合物。咪唑盐化合物可以提高电解液的电导率，促进离子传输。此外，咪唑盐化合物还可以吸附在导体板表面，形成保护膜，从而防止导体板的腐蚀，因此，本发明通过将丙二醇二甲醚与咪唑类化合物搭配使用，能够使电解液同时兼顾优异的低温、低腐蚀以及化学稳定性能。

进一步的，所述咪唑类化合物包括1-乙基-3-甲基咪唑盐、1-丁基-3-甲基咪唑盐、1-丁基-2，3-二甲基咪唑盐中的一种或多种。其中，1-乙基-3-甲基咪唑盐和1-丁基-2，3-二甲基咪唑盐可以防止导体板和电解液氧化降解，从而延长电容器的使用寿命；而1-丁基-3-甲基咪唑盐相比1-乙基-3-甲基咪唑盐具有更好的稳定性和防腐能力。

本发明还提供了一种电解液的制备方法，包括如下步骤：

S1.将主溶剂、丙二醇二甲醚、咪唑类化合物加热至75～80℃，然后加入闪火提升剂，搅拌15～20min，得到第一混合物；

S2.将第一混合物加热至90～105℃，然后加入电解质，搅拌25～30min，得到第二混合物；

S3.将第二混合物降温至55～60℃，加入消氢剂，搅拌30～40min，得到电解液。

本发明提供的电解液制备方法简单易行，操作方便，通过对反应物进行加热和搅拌能够促进反应物溶解和混合均匀，有助于获得性能符合使用要求的电解液。

本发明还提供了一种电容器，所述电容器包含前述的电解液。由于电解液同时兼顾优异的低温、低腐蚀以及化学稳定性能，因而能够满足电容器在低温环境下的使用需求，电容器的使用寿命能够延长，并且能够保持正常的工作性能。

为了进一步地阐述本发明提供的电解液及制备方法和电容器，本发明还提供如下实施例。

实施例1

本实施例提供了一种电解液，按重量份数计算，包括以下组分：四氟硼酸四乙基铵盐10份，乙二醇40份，丙二醇二甲醚5份。

本实施例还提供了一种电解液的制备方法，包括如下步骤：

S1.将乙二醇、丙二醇二甲醚加热至75℃，搅拌15min；

S2.步骤S1搅拌结束后升温至90℃，然后加入四氟硼酸四乙基铵盐，搅拌25min，降至室温得到电解液。

本实施例还提供了一种电容器，所述电容器包含前述制得的电解液。

电解液的性能参数电导率为2.35±0.05ms/cm,闪火电压≥450V(测试条件30℃)。

实施例2

本实施例提供了一种电解液，按重量份数计算，包括以下组分：四氟硼酸四乙基铵盐10份，乙二醇40份，丙二醇二甲醚5份；对硝基苯甲醇1份，聚丙二醇5份，1-乙基-3-甲基咪唑盐1份。

本实施例还提供了一种电解液的制备方法，包括如下步骤：

S1.将乙二醇、1-乙基-3-甲基咪唑盐、丙二醇二甲醚加热至75℃，然后加入聚丙二醇，搅拌15min，得第一混合物；

S2.将第一混合物加热至90℃，然后加入四氟硼酸四乙基铵盐，搅拌20min，得到第二混合物；

S3.将第二混合物降温至55℃，加入对硝基苯甲醇，搅拌30min，得到电解液。

电解液的性能参数电导率为2.84±0.05ms/cm,闪火电压≥600V(测试条件30℃)。

本实施例还提供了一种电容器，所述电容器包含前述制得的电解液。

实施例3

本实施例提供了一种电解液，按重量份数计算，包括以下组分：N-二烷基哌啶鎓盐20份，乙二醇40份，丙二醇10份，丁二醇10份，丙二醇二甲醚12份；对硝基苯甲酸3份，聚乙二醇10份，1-丁基-2，3-二甲基咪唑盐3份。

本实施例还提供了一种电解液的制备方法，包括如下步骤：

S1.将乙二醇、丙二醇、丁二醇、1-丁基-2，3-二甲基咪唑盐、丙二醇二甲醚加热至80℃，然后加入聚丙二醇，搅拌20min，得第一混合物；

S2.将第一混合物加热至105℃，然后加入N-二烷基哌啶鎓盐，搅拌30min，得到第二混合物；

S3.将第二混合物降温至60℃，加入对硝基苯甲酸，搅拌40min，得到电解液。

电解液的性能参数电导率为3.58±0.05ms/cm,闪火电压≥600V(测试条件30℃)。

实施例4

本实施例提供了一种电解液，按重量份数计算，包括以下组分：N,N-二乙基吡咯鎓四氟硼酸盐15份，乙二醇50份，丙二醇二甲醚8份；邻硝基苯酚2份，聚丙二醇8份，1-丁基-3-甲基咪唑盐2份。

本实施例还提供了一种电解液的制备方法，包括如下步骤：

S1.将乙二醇、1-丁基-3-甲基咪唑盐、丙二醇二甲醚加热至75℃，然后加入聚丙二醇，搅拌15min，得第一混合物；

S2.将第一混合物加热至100℃，然后加入N,N-二乙基吡咯鎓四氟硼酸盐，搅拌20min，得到第二混合物；

S3.将第二混合物降温至55℃，加入邻硝基苯酚，搅拌30min，得到电解液。

本实施例还提供了一种电容器，所述电容器包含前述制得的电解液。

电解液的性能参数电导率为3.02±0.05ms/cm,闪火电压≥600V(测试条件30℃)。

对比例1

本实施例提供了一种电解液，按重量份数计算，包括以下组分：四氟硼酸四乙基铵盐10份，乙二醇40份，3-甲基丙腈5份。

本实施例还提供了一种电解液的制备方法，包括如下步骤：

S1.将乙二醇、3-甲基丙腈加热至75℃，搅拌15min；

S2.步骤S1搅拌结束后升温至90℃，然后加入四氟硼酸四乙基铵盐，搅拌25min，降至室温得到电解液。

本实施例还提供了一种电容器，所述电容器包含前述制得的电解液。

电解液的性能参数电导率为2.56±0.05ms/cm,闪火电压≥450V(测试条件30℃)。

电解液腐蚀能力检测:

取相同体积的由对比例1和实施例1制得的电解液分别置于A容器和B容器中，将两块面积相同的电容器导电板分别置于A容器和B容器内，并使电解液浸没导电板,然后使A容器和B容器处于密封状态，观察10天后，电容器导电板的腐蚀情况，检测结果如下表所示：

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。