一种超高电导率的电容器电解液配方及制备方法与流程

本发明涉及电容器电解液制作，具体为一种超高电导率的电容器电解液配方及制备方法。

背景技术：

1、众所周知，电解液是一种能够导电的液体，它通常包含有电解质。电解质是在溶剂中能够解离成离子的化合物，这些离子可以在电场的作用下定向移动，从而实现电荷的传输。例如，在常见的铅酸蓄电池中，硫酸(h2so4)溶液就是电解液，硫酸在水中会解离出氢离子(h+)和硫酸根离子(so42-)，电解液的导电性是其最重要的物理性质之一。它的导电性取决于电解质的浓度、离子的迁移速率等因素。一般来说，电解质浓度越高，离子数量越多，导电性越好。但是，当电解质浓度过高时，离子之间的相互作用会增强，反而可能会降低离子的迁移速率，影响导电性，例如，在一定范围内，随着硫酸溶液浓度的增加，铅酸蓄电池电解液的导电性增强，但是如果硫酸浓度过高，会导致溶液过于黏稠，离子迁移困难，导电性下降。

2、目前许多电容器电解液的电导率不能满足高性能电子设备的需求。电导率较低会导致电容器在充放电过程中，离子迁移速度慢。例如，在一些需要快速充放电的应用场景，如电动汽车的动力系统和电子设备的快速充电模块中，较低的电导率会使充电时间延长，放电功率受限。以传统的铝电解电容器电解液为例，其电导率通常在一定范围内，当应用于高频率、高功率的电路时，会因为电导率不足而产生较大的等效串联电阻(esr)，从而导致能量损耗增加，电容器发热严重。

3、综上，鉴于容器电解液的电导率不能满足高性能电子设备的需求,同时导致能量损耗增加，电容器发热严重的现象，迫切需要研发一种超高电导率的电容器电解液。

技术实现思路

1、1.解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种超高电导率的电容器电解液配方及制备方法，具有高电导率的优点。

3、(二)技术方案

4、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：电解液包括主溶剂、溶质和添加剂，其中主溶剂为有机溶剂与低粘度有机溶剂的混合体系，有机溶剂选自碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)、γ-丁内酯(gbl)中的一种或多种，低粘度有机溶剂为碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)中的一种或多种，有机溶剂与低粘度有机溶剂的体积比为1:1-3:1；溶质为高解离度盐类并具有大离子迁移率的有机盐，高解离度盐类包括四氟硼酸盐(bf4-)、五氧化二钽(ta2o5)、硼酸(h3bo3)中的一种或多种，有机盐为四丁基铵盐，溶质在电解液中的浓度为0.8-2.5mol/l；添加剂包括导电增强添加剂、电极保护添加剂和电解液稳定添加剂，电极保护添加剂为碳酸亚乙烯酯(vc)、氟代碳酸乙烯酯(fec)中的一种或多种，电解液稳定添加剂为丁二腈(sn)、己二腈(adn)中的一种或多种，添加剂在电解液中的总质量分数为0.5％-8％。

5、本发明进一步设置为：一种超高电导率的电容器电解液配方，主溶剂中，当含有碳酸乙烯酯(ec)时，其在混合溶剂中的体积占比为20％-50％；当含有碳酸丙烯酯(pc)时，其在混合溶剂中的体积占比为15％-40％；当含有γ-丁内酯(gbl)时，其在混合溶剂中的体积占比为10％-30％；且碳酸二甲酯(dmc)和碳酸二乙酯(dec)的总体积占比为50％-80％，二者之间的比例可在1:3-3:1之间调整，以优化溶剂的介电性能和离子迁移环境。

6、本发明进一步设置为：溶质中，当包含多种高解离度盐类时，四氟硼酸盐(bf4-)、五氧化二钽(ta2o5)和硼酸(h3bo3)之间的质量比在1:0.5-2:0.2-1的范围内；当高解离度盐类与有机盐混合时，高解离度盐类与有机盐的质量比为2:1-5:1，以保证在高浓度下溶质的充分解离和离子的高效传输。

7、本发明进一步设置为：添加剂中，导电增强添加剂在电解液中的质量分数为0.2％-5％，电极保护添加剂在电解液中的质量分数为0.1％-3％，电解液稳定添加剂在电解液中的质量分数为0.2％-4％；导电增强添加剂其长度范围为10-500nm，直径范围为1-50nm，以形成有效的导电网络；电极保护添加剂能够在电极表面形成厚度为1-10nm的均匀保护膜，提高电极与电解液的界面稳定性；电解液稳定添加剂能够在-20℃-80℃的温度范围内，抑制电解液的分解和氧化反应。

8、本发明进一步设置为：电解液配方的电容器电解液制备方法，包括以下步骤：首先，在惰性气体保护下，将主溶剂置于温度控制在20℃-40℃的反应釜中，惰性气体为氩气或氮气，气体流量为20-80ml/min；然后，缓慢加入溶质，同时以400-1000rpm的搅拌速度进行机械搅拌或磁力搅拌，搅拌时间为40-120分钟，使溶质充分溶解；接着，将添加剂缓慢加入到上述溶液中，搅拌速度调整为300-600rpm，搅拌时间为30-90分钟；最后，对配制好的电解液进行过滤处理，使用孔径为0.05-0.5μm的滤膜，在真空度为-0.02--0.08mpa的条件下过滤，以去除杂质。

9、本发明进一步设置为：在加入溶质和添加剂的搅拌过程中，反应釜内的温度波动范围控制在±2℃以内；搅拌桨的材质为聚四氟乙烯或不锈钢，搅拌桨的形状为锚式、桨式或涡轮式，以确保溶液搅拌的均匀性和稳定性，避免局部过热或溶质团聚现象。

10、在完成上述步骤后，电解液的ph值需要调整至6-8之间，以保证电解液的化学稳定性。随后，将配制好的电解液在无尘环境下静置24小时，以确保所有化学反应完全进行，达到平衡状态。最后，通过电导率测试仪对电解液的电导率进行检测，确保其满足设计要求。通过以上步骤，可以制备出具有高电导率、良好稳定性和优异低温性能的电容器电解液。

11、本发明进一步设置为：过滤处理可采用多级过滤，先使用孔径为0.5μm的滤膜进行粗滤，再使用孔径为0.1-0.2μm的滤膜进行精滤；过滤过程可重复2-3次，以进一步提高电解液的纯净度，减少杂质对电导率的影响。

12、在过滤过程中，确保滤膜的完整性至关重要，因此在每次使用前都应进行严格的检查，以避免因滤膜破损导致的过滤失败。此外，过滤设备应定期进行清洁和维护，以保证过滤效率和延长滤膜的使用寿命。在过滤完成后，电解液应通过微孔滤膜进行最终的除菌处理，以确保电解液达到无菌标准，适用于高要求的电容器生产。通过这些精细的过滤步骤，可以确保电解液的高纯度，为电容器提供更稳定的性能和更长的使用寿命。

13、本发明进一步设置为：电解液的电容器，包括外壳、电极和隔膜，电极浸泡在电解液中，外壳用于封装电极和电解液，隔膜置于两个电极之间，隔膜材料为陶瓷隔膜、聚烯烃隔膜中的一种或多种，隔膜的厚度为10-50μm，孔隙率为30％-70％，以防止电极短路并允许离子通过。

14、在电容器的组装过程中，外壳的密封性至关重要，以确保电解液不会泄漏，同时隔绝外界环境对电容器内部的影响。电极材料的选择也对电容器的性能有着直接的影响，通常采用高比表面积的活性炭材料，以增加电极与电解液接触的表面积，从而提高电容器的电容量。此外，电容器的组装应在无尘室环境下进行，以避免灰尘和其他微粒对电容器性能的不良影响。组装完成后，电容器需要经过一系列的性能测试，包括电容量、内阻、漏电流等参数的检测，以确保其满足设计要求和应用标准。通过这些精心设计的组装和测试步骤，可以确保电容器具有优异的电化学性能和可靠性。

15、本发明进一步设置为：所述电容器的电极和外壳的材料与结构如下：

16、电极材料为多孔活性材料，其比表面积为10-30m2/g，孔径分布在5-500nm，电极的厚度为10-100μm；外壳材料为金属与聚合物的复合结构，金属层为铝、不锈钢或钛中的一种，厚度为0.05-0.5mm，聚合物层为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚酰亚胺(pi)中的一种，厚度为0.03-0.2mm，以提供良好的机械强度和化学稳定性。

17、电容器的组装过程中，首先将电极材料裁剪成适当的尺寸，并在电极表面涂覆一层导电胶，以确保电极与外壳的良好接触。随后，将电极插入外壳中，并在电极之间放置隔膜，确保隔膜平整且无褶皱。在隔膜和电极之间注入预先配制好的电解液，然后进行密封，以防止电解液泄漏。密封过程通常采用激光焊接或超声波焊接技术，确保外壳的密封性。最后，电容器在无尘室环境下进行性能测试，确保其各项性能参数符合设计要求。通过这些步骤，可以制造出具有高电导率和稳定性能的电容器，满足各种电子设备的需求。

18、本发明进一步设置为：电容器在25℃下的电导率不低于10ms/cm，在-20℃-60℃的温度范围内，电导率的变化率不超过±20％；在充放电过程中，等效串联电阻(esr)不超过0.05ω，充电时间在1c倍率下不超过10分钟，放电功率密度可达500-2000w/kg，经过5000次充放电循环后，电容保持率不低于95％，以满足高性·能电容器在不同环境下的使用要求。

19、为了达到上述技术指标，本发明的电容器采用了特定的材料和结构设计。首先，电极材料选用高纯度的铝箔，以减少内部电阻并提高电导率。其次，隔膜采用具有高孔隙率和良好化学稳定性的材料，以确保电解液的有效渗透和离子传输。此外，电解液配方经过优化，使用了高浓度的电解质盐和特定的添加剂，以提高电导率并降低温度对电导率的影响。在电容器的组装过程中，通过精确控制各部件的尺寸和位置，确保了电容器内部结构的均匀性和一致性，从而保证了电容器在不同温度和充放电条件下的性能稳定性。

20、(三)有益效果

21、与现有技术相比，本发明提供了一种超高电导率的电容器电解液配方及制备方法，具备以下

22、有益效果：

23、该超高电导率的电容器电解液配方及制备方法，通过主溶剂中有机溶剂与低粘度有机溶剂按特定比例混合，能有效平衡溶剂的介电性能和离子迁移环境，为离子传输创造良好条件。溶质中高解离度盐类和有机盐的合理搭配与浓度控制，确保了离子的充分解离和高效传输，极大提高了电解液的电导率。多种添加剂按特定比例和性质添加，导电增强添加剂形成导电网络，电极保护添加剂在电极表面形成均匀保护膜提升界面稳定性，电解液稳定添加剂在宽温度范围内抑制分解和氧化反应，协同作用保障电解液性能稳定且电导率高。

24、制备方法中，在惰性气体保护、精确温度控制和适宜搅拌速度下分步操作，并对搅拌过程严格要求，以及采用多级重复过滤处理，可有效保证溶质溶解、添加剂分散均匀且电解液纯净无杂质，进一步提高电解液质量，从而提高其电导率和稳定性。

25、应用于电容器后，合适的隔膜材料、厚度和孔隙率能防止电极短路且保证离子通过。电极材料的特定比表面积、孔径分布和厚度，以及金属与聚合物复合的外壳结构，共同为电容器提供良好机械强度、化学稳定性和电极与电解液的有效接触。最终使电容器在25℃下电导率高，在-20℃-60℃温度范围电导率变化率小，等效串联电阻低、充电时间短、放电功率密度高且充放电循环寿命长，可满足高性能电容器在复杂环境下的使用要求，具有广泛的应用前景。