用于电能储存和发电装置的基于混合的烷基季铵盐或鏻盐的电解质组合物制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种包含电解质的电气器件，该电解质包含溶剂；第一季铵盐或鏻盐；和第二季铵盐或鏻盐，其含有具有通式[NR

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电能储存和发电装置的基于混合的烷基季铵盐或鏻盐的电解质组合物
本专利技术涉及用于诸如电容器的能量储存和发电装置的电解质组合物，其中一些分别被称为超级电容器、电化学电容器、电解电容器、电池、燃料电池、传感器、电致变色器件、光电化学太阳能电池、发光电化学电池、聚合物发光二极管(PLED)和聚合物发光电化学电池(PLEC)、电泳显示器，且更具体地涉及用于双电层电容器(ELDC)的电解质组合物，其为电化学电容器家族的成员。本专利技术还涉及新的电解质组合物在镁和/或锂离子电池以及上述能量储存和发电装置中的用途。专利技术背景可通过增加电容和最大工作电压实现诸如双电层电容器(EDLC)的能量储存装置储存的能量的量的增加。从这两个方面而言，增加最大工作电压是最有效的，因为存储的能量的量随最大工作电压的平方而增加。电压窗口通常受限于电解质中的盐的稳定性。EDLC的最大工作电压受限于其中电解质中的盐通过氧化还原反应开始分解的电压。电解质的分解限制了储存在EDLC中的能量的量和ELDC的寿命。为了避免寿命的任何缩短，EDLC的最大工作电压通常为2.5伏特(V)。针对行业需求，期望获得改进的能量储存和发电装置，包括电容器、超级电容器、双电层电容器(ELDC)、电池、燃料电池、传感器、电致变色器件、光电化学太阳能电池、发光电化学电池、聚合物发光二极管(PLED)、聚合物发光电化学电池(PLEC)、锂离子电池和电解电容器，使得这些器件可提供增加的电压和功率。特别地，期望获得ELDC的工作电压的增加。专利技术概述本专利技术提供了电解质，其允许诸如电容器和超级电容器、电池、燃料电池，且特别是ELDC的电储存装置的最大电压的显著增加，例如，从2.5V的常规ELDC电压增加到至少3.0V。本专利技术在各种实施方案中提供了用于能量储存和发电装置的电解质，该能量储存和发电装置包括电容器、超级电容器、双电层电容器(ELDC)、电池、燃料电池、传感器、电致变色器件、光电化学太阳能电池、发光电化学电池、聚合物发光二极管(PLED)、聚合物发光电化学电池(PLEC)、锂离子电池和电解电容器，使得这些器件可提供增加的电压和功率。因此，在一个实施方案中，本专利技术涉及包含电解质的电气器件，该电解质包含：溶剂；第一季铵盐或鏻盐；和第二季铵盐或鏻盐，其包含具有通式[NR1R2R3R4]+的铵基，或具有通式[PR1R2R3R4]+的鏻基，其中R1＝R2、R3＝R4、R2≠R3，且各个R1、R2、R3和R4独立地为包含1至约20个碳原子的支链或非支链烷基，且其中各个盐包含阴离子，并且其中第一和第二铵或鏻不相同。在一个实施方案中，电气器件是能量存储和发电装置，例如电容器、超级电容器、电化学电容器、电解电容器、电池、燃料电池、传感器、电致变色器件、光电化学太阳能电池、发光电化学电池、聚合物发光二极管(PLED)和聚合物发光电化学电池(PLEC)，且特别是双电层电容器(ELDC)，该电容器是超级电容器家族的一员。本专利技术还涉及新的电解质组合物在镁和/或锂离子电池以及上述能量储存和发电装置中的用途。在一个实施方案中，电气器件是双电层电容器。在另一个实施方案中，本专利技术涉及电解质，其包含：溶剂；第一季铵盐或鏻盐；和第二季铵盐或鏻盐，其包含具有通式[NR1R2R3R4]+的铵基，或具有通式[PR1R2R3R4]+的鏻基，其中R1＝R2、R3＝R4、R2≠R3，且各个R1、R2、R3和R4独立地为包含1至约20个碳原子的支链或非支链烷基，且其中各个盐包含阴离子，并且其中第一和第二铵或鏻不相同。在一个实施方案中，第一季铵盐或鏻盐包含具有通式[NR5(R6)3]+的铵基，或具有通式[PR5(R6)3]+的鏻基，其中R5≠R6，且各个R5和R6独立地为包含1至约20个碳原子的支链或非支链烷基。在一个实施方案中，阴离子包括BF4-、PF6-、AsF6-、SbF6-、BARF、BOB、FOB、BSB、四(五氟苯基)硼酸根(B(C6F5)4-)、Al(OC(CF3)3)4-、马来酸根、邻苯二甲酸根、ClO4-、三氟甲磺酸根和烷基三氟甲磺酸根中的一种或多种。在一个实施方案中，第二季铵盐或鏻盐的铵或鏻离子是二甲基二乙基铵或鏻、二甲基二丙基铵或鏻、二甲基二丁基铵或鏻、二甲基二戊基铵或鏻、二甲基二己基铵或鏻、二乙基二丙基铵或鏻、二乙基二丁基铵或鏻、二乙基二戊基铵或鏻和二乙基二己基铵或鏻中的一种，或者任意两种或更多种的组合。在一个实施方案中，溶剂选自碳酸丙烯酯、二甲基亚砜、N,N二甲基甲酰胺、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙腈、环丁砜和γ-丁内酯。在一个实施方案中，第一季铵盐为甲基三乙基铵BF4(MTEABF4)，且第二季铵盐为二甲基二丙基铵BF4(DMDPABF4)。在一个实施方案中，DMDPABF4的浓度范围为约0.5M至约1.0M，且MTEABF4的浓度范围为约1M至约2M；或DMDPABF4的浓度范围为约0.65M至约0.85M，且MTEABF4的浓度范围为约1.25M至约1.75M；或DMDPABF4的浓度为约0.75M，且MTEABF4的浓度为约1.5M。本专利技术的意想不到的益处包括以下的一个或多个：与MTEABF4相比，诸如DMDPABF4的盐在乙腈中的更高溶解度；高BF4盐浓度下的更高工作电压；对于诸如MTEABF4和DMDPABF4的组合的盐的组合观察到更高的工作电压，而对于相同浓度的单一盐(即，单独的各个盐)，没有发现更高的工作电压；和对于诸如MTEABF4和DMDPABF4的盐的组合，观察到更高的能量储存。上述益处提供了构建更高功率的ELDC的可能性。附图简述图1是用于评估由根据本专利技术的实施方案的电解质所提供的最大工作电压的双电层电容器的示意性截面图。图2是在室温下，在乙腈中的MTEA.BF4和DMDPA.BF4的离子电导率随浓度的变化的图。图3描述了在室温下测量的填充有1.5M的MTEA.BF4的EDLC在0至2.0、2.5、3.0和3.5V之间扫描的一系列伏安图。详细描述根据本专利技术，当盐在电气器件中用作电解质时，新的季铵盐或鏻盐的新组合提供比先前已知的常规盐更高的工作电压和/或更大的能量密度，所述电气器件例如电容器、超级电容器、电化学电容器、电解电容器、电池、燃料电池、传感器、电致变色器件、光电化学太阳能电池、发光电化学电池、聚合物发光二极管(PLED)、电泳显示器和聚合物发光电化学电池(PLEC)，且更具体地为双电层电容器(ELDC)(该电容器是超级电容器家族的一员)以及包含电解质的类似器件。此外，新的季铵盐或鏻盐的新组合可用于改进镁离子和/或锂离子电池和电解电容器。在一个实施方案中，电解质包含具有通式(I)的季铵部分或具有通式(II)的季鏻部分：其中在式(I)和(II)中，R1、R2、R3和R4各自独立地为包含1至约20个碳原子的支链或非支链烷基。在一个实施方案中，在式(I)和(II)中，R1、R2、R3和R4各自独立地为包含1至约10个碳原子的支链或非支链烷基。在一个实施方案中，在式(I)和(II)中，R1、R2、R3和R4各自独立地为包含1至约6个碳原子的支链或非支链烷基。式(I)可以写成[NR1R2R3R4]+，且式(II)可以写成[PR1R2R3R4]+。在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含电解质的电气器件，所述电解质包含：溶剂；第一季铵盐或鏻盐；和第二季铵盐或鏻盐，其包含具有通式[NR

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.03 US 62/074,1901.一种包含电解质的电气器件，所述电解质包含：溶剂；第一季铵盐或鏻盐；和第二季铵盐或鏻盐，其包含具有通式[NR1R2R3R4]+的铵基，或具有通式[PR1R2R3R4]+的鏻基，其中R1＝R2、R3＝R4、R2≠R3，且各个R1、R2、R3和R4独立地为包含1至约20个碳原子的支链或非支链烷基，且其中各个盐包含阴离子，并且其中第一和第二铵或鏻不相同。2.如权利要求1所述的电气器件，其中所述第一季铵盐或鏻盐包含具有通式[NR5(R6)3]+的铵基，或具有通式[PR5(R6)3]+的鏻基，其中R5≠R6，且各个R5和R6独立地为包含1至约20个碳原子的支链或非支链烷基。3.如权利要求1或权利要求2所述的电气器件，其中所述阴离子包括BF4-、PF6-、AsF6-、SbF6-、BARF、BOB、FOB、BSB、四(五氟苯基)硼酸根(B(C6F5)4-)、Al(OC(CF3)3)4-、马来酸根、邻苯二甲酸根、ClO4-、三氟甲磺酸根和烷基三氟甲磺酸根中的一种，或者两种或更多种的组合。4.如权利要求1-3中任一项所述的电气器件，其中所述第一季铵盐为甲基三乙基铵BF4(MTEABF4)，且所述第二季铵盐为二甲基二丙基铵BF4(DMDPABF4)。5.如权利要求4所述的电气器件，其中所述DMDPABF4的浓度范围为约0.5M至约1.0M，且MTEABF4的浓度范围为约1M至约2M；或DMDPABF4的浓度范围为约0.65M至约0.85M，且MTEABF4的浓度范围为约1.25M至约1.75M；或DMDPABF4的浓度为约0.75M，且MTEABF4的浓度为约1.5M。6.如权利要求1-3中任一项所述的电气器件，其中所述第二季铵盐或鏻盐的铵或鏻是二甲基二乙基铵或鏻、二甲基二丙基铵或鏻、二甲基二丁基铵或鏻、二甲基二戊基铵或鏻、二甲基二己基铵或鏻、二乙基二丙基铵或鏻、二乙基二丁基铵或鏻、二乙基二戊基铵或鏻和二乙基二己基铵或鏻中的一种，或者任意两种或更多种的组合。7.如前述权利要求中任一项所述的电气器件，其中所述溶剂选自碳酸丙烯酯、二甲基亚砜、N,N二甲基甲酰胺、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙腈、环丁砜和γ-丁内酯。8.如前述权利要求中任一项所述的电气器件，其中所述电器器件是电容器、超级电容器、电化学电容器、电解电容器、电池、燃料电池、传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·韦尔默朗，C·艾伦，查尔斯·B·利特尔，
申请(专利权)人：塞克姆公司，
类型：发明
国别省市：美国,US