超级电容器用有机电解液的研究

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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：EhNBF4／PC体系适合作为超级电容器的电解液；LiPF6／PC、LiPF6／EC+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HI3J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

2、容量、内阻、温度特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1．1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77KN2；粒度测试采用马尔文激光粒度测试仪；振实密度测试采用QuantaChrome型测试仪，按照GB／T5162-1985标准进行测试。1．2电解液物理性能测试选用了6种电解液（浓度均为1tool／L）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

3、不同温度下电解液的电导率，温度范围为一20一60℃。用Netzaeh-Tase-414／4型热分析仪测试电解液的热稳定性，温度范围为25—350℃，升温速率为5℃／min，N2气氛保护。1．3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3h，调节粘度至6.5～7.0kPa•s。把浆料用极片涂布机均匀涂覆于厚度为20tim的铝箔集流体上，双面极片厚度控制在240tim。将极片按照35mm×62mm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。1．4电化学性

4、能测试使用美国MC．4型超级电容器测试仪进行不同温度下的恒流充放电性能测试，测试电流为1A，电压范围为0～2．8V。使用ZahnerIM6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5kHz～0．1Hz。1．5气相色谱分析使用Agilent．7093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1m1分解气体，打人毛细柱中进行分流测试，分流比为12．6：1，柱口温度为240℃。炉温为300℃。2、结果和讨论2．1活性碳的物理性能SUP-AC活性碳的粒度为4．8pan，比表面积为1660m2／g，在总孔容（0．85cm3／g）

5、中，微孔占62％，中孔占24％。2．2电解液的物理性能图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1．15S／m，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0．57S／m，60℃时电导率为1．09S／m。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

6、3分别为DMC（沸点90℃）、EMC（沸点110℃）、EC（沸点248℃）的挥发峰；峰I的起始温度（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℃

7、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100℃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、PC／EC的挥发峰。2．3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3.8mm×62.0mm×35.0mm，总质量为12.6g。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