本发明涉及超级电容器,尤其涉及一种高温下低自放电的电解液及其制备方法和应用。
背景技术:
1、随着航空航天、电动汽车、无人机、机器人和多种电子设备等先进应用领域的能源消耗不断增加,以及清洁能源的分布不均,开发出兼具高功率密度、高能量密度、长循环寿命、低自放电率的新型储能设备是至关重要的。
2、钠离子电容器是继锂离子电容器之后的一种新型储能装置,与其他储能器件相比,它的显著优势在于成本价格低廉、自然资源丰富,适合大规模储能。钠离子电容器和其他电化学储能器件一样,会产生不可避免的自放电现象,高温会加剧器件的自放电行为。
3、在钠离子电容器中,电解液作为正负极间电荷传输的纽带和电荷转移的载体起到了不可忽视的作用。在高温下,电解液易发生分解,加速副反应的发生,进而加速自放电,导致电压大量衰减、泄漏电流增大,严重限制了钠离子电容器的储钠能力。
4、为了克服上述问题,现有技术往往采用储钠性能优异的钠离子电池正极材料来提高钠离子电容器的储钠能力,同时来弥补钠离子电池能量密度普遍偏低的应用问题,例如公开号为cn114792788a的中国专利申请公开了一种钠离子全电池及其制备方法,利用硫酸铁钠复合正极材料带有的抗氧化特性和疏水性,来实现整个钠离子电池高的工作电压以及优异的循环稳定性和倍率性能,同时利用碳纳米管的高电子传导性能和高疏水性,提升电导率的同时有效的降低正极材料被氧化的可能性,从而提升了正极极片的使用寿命。但是目前对于对电解液的改进来降低钠离子电容器的自放电性能,提高其使用寿命的相关研究并没有报道。
5、因此,如何对钠离子电容器的电解液进行改进,从而使钠离子电容器在高温下具有自放电率低和优异的电化学性能,成为本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种高温下低自放电的电解液及其制备方法和应用,本发明提供的电解液组装的钠离子电容器在高温下具有自放电率低,循环稳定性好,电化学性能优异的特点。
2、为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
3、本发明提供了一种高温下低自放电的电解液,包括混合有机电解液、碳酸酯类添加剂和丁二酸酐;
4、所述混合有机电解液的组成包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和电解质钠盐。
5、优选地,所述混合有机电解液中碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的体积比为1:(0.5~2)。
6、优选地,所述电解质钠盐为高氯酸钠。
7、优选地,所述电解质钠盐在混合有机电解液中的浓度为0.5~1.5mol/l。
8、优选地,所述碳酸酯类添加剂为碳酸氟乙烯酯。
9、优选地,所述碳酸酯类添加剂的质量为混合有机电解液质量的1~5%。
10、优选地,所述丁二酸酐的质量为混合有机电解液质量的2~4%。
11、本发明提供了上述技术方案所述高温下低自放电的电解液的制备方法,包括:将混合有机电解液、碳酸酯类添加剂和丁二酸酐混合,得到电解液。
12、本发明提供了上述技术方案所述高温下低自放电的电解液或上述技术方案所述制备方法制备得到的高温下低自放电的电解液在钠离子电容器中的应用。
13、优选地,所述钠离子电容器的负极材料为铌基材料,所述钠离子电容器的正极材料的成分为活性炭-镍铁锰酸钠复合材料。
14、本发明提供了一种高温下低自放电的电解液,包括混合有机电解液、碳酸酯类添加剂和丁二酸酐;所述混合有机电解液的组成包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和电解质钠盐。本发明通过向电解液中加入碳酸酯类添加剂,可以有效改善电解液在高温下易发生分解的问题,碳酸酯类添加剂在充放电过程中会提前分解,阻止电解质中的其他成分参与sei层的形成,有利于在负极材料表面构建结构坚固、致密均匀且富含氟化钠的sei层,可以在提高钠离子电容器在高温下的倍率性能和比容量的同时降低其自放电率,拓宽电解液的工作温域,进而提高钠离子电容器的库仑效率和循环稳定性;丁二酸酐能与碳酸酯类添加剂形成协同作用,并在充放电过程中在正极表面形成均匀且稳定的cei保护层,减少电极与电解液之间的副反应,有效地减少充放电过程中电解质的分解,从而进一步提高电极材料在循环过程中的结构稳定性,显著提高了库仑效率和倍率性能。实施例的结果表明,以本发明提供的电解液组装的钠离子电容器,在60℃下可正常地充放电,在120h后电压保持率为40%、漏电流为0.16ma,并且自放电率下降了18%。
1.一种高温下低自放电的电解液,包括混合有机电解液、碳酸酯类添加剂和丁二酸酐;
2.根据权利要求1所述的高温下低自放电的电解液,其特征在于,所述混合有机电解液中碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的体积比为1:(0.5~2)。
3.根据权利要求1所述的高温下低自放电的电解液,其特征在于,所述电解质钠盐为高氯酸钠。
4.根据权利要求1或3所述的高温下低自放电的电解液,其特征在于,所述电解质钠盐在混合有机电解液中的浓度为0.5~1.5mol/l。
5.根据权利要求1所述的高温下低自放电的电解液,其特征在于,所述碳酸酯类添加剂为碳酸氟乙烯酯。
6.根据权利要求1或5所述的高温下低自放电的电解液,其特征在于,所述碳酸酯类添加剂的质量为混合有机电解液质量的1~5%。
7.根据权利要求1所述的高温下低自放电的电解液,其特征在于,所述丁二酸酐的质量为混合有机电解液质量的2~4%。
8.权利要求1~7任意一项所述高温下低自放电的电解液的制备方法,包括:将混合有机电解液、碳酸酯类添加剂和丁二酸酐混合,得到电解液。
9.权利要求1~7任意一项所述高温下低自放电的电解液或权利要求8所述制备方法制备得到的高温下低自放电的电解液在钠离子电容器中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,所述钠离子电容器的负极材料为铌基材料,所述钠离子电容器的正极材料的成分为活性炭-镍铁锰酸钠复合材料。