一種溶劑共嵌入型鈉離子電容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電化學儲能器件，特別涉及一種溶劑共嵌入型鈉離子電容器。
【背景技術(shù)】
[0002]在全球高度重視氣候變化與節(jié)能減碳的趨勢中，新能源產(chǎn)業(yè)成為新世紀的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一。作為新能源產(chǎn)業(yè)的重要支撐和輔助技術(shù)，儲能器件受各方關(guān)注。在我國，隨著純
電動汽車和混合動力汽車的快速發(fā)展、智能電網(wǎng)的穩(wěn)步推進、風能和太陽能等可再生能源的
大規(guī)模入網(wǎng)、地區(qū)峰值負荷的增長，各種應用問題也隨之出現(xiàn)，對儲能器件的能量密度、功
率密度、使用壽命及成本提出了更高的要求。
[0003]鋰離子電池是當今技術(shù)發(fā)展最為成熟、應用最為廣泛的電化學儲能器件，然而，鋰的在地殼中的豐度很低。隨著新能源行業(yè)對鋰離子電池需求量的日益增加，對鋰資源的量提
出了更大的需求，而鋰資源的稀有性大大限制了鋰離子電池在大規(guī)模儲能裝置的快速發(fā)展，
并且鋰離子電池功率密度低，也限制其在高功率場合應用。因此，尋找可替代鋰資源、
發(fā)展
下一代新型高性能儲能器件成為迫在眉睫的問題。
[0004]鈉金屬與鋰金屬在元素周期表中同處于第I主族，在電化學反應過程中具有相似的行為，因此完全可以將現(xiàn)有鋰離子儲能電池中的鋰替換成鈉，并且鈉金屬在地殼中的豐度要
遠高于鋰金屬，廣闊的海洋中蘊含著豐富的鋰資源，成本低廉。因此，開發(fā)基于鈉離子的尚
能量密度、高功率密度的儲能器件，更顯得尤為重要。
[0005]近年來，混合超級電容器發(fā)展日漸受到重視。鋰離子電容器屬于混合超級電容器的一種，其工作原理是正極采用雙電層電容器的多孔炭電極材料通過物理吸附鋰離子儲存電能，而負極采用鋰離子電池石墨負極材料采用通過電化學嵌鋰儲存電能，該類型的儲能器件
的優(yōu)點是兼顧了鋰離子電池的高能量密度和雙電層電容器高功率的優(yōu)點。如果采用鈉禺子替
代鋰離子形成一種新型鈉離子電容器，從原理上是可行的。然而，在基于在常規(guī)酯類有機溶
劑中，由于鈉離子半徑遠大于鋰離子半徑，鈉離子很難嵌入到石墨類負極材晶體結(jié)構(gòu)中。
[0006]從已公開的專利看，專利CN103198928公開了一種鈉離子電容器，其負極材料優(yōu)選
氧化鉬納米帶、鈦酸鈉納米管，需要繁瑣的煅燒過程，不僅工藝復雜，成本也高，且工作電
壓最高僅為3V，能量密度的發(fā)揮也受到限制。專利CN104036961及CN104036965分別公
開了一種鈉離子混合超級電容器正極材料Na4Mn9O18制備方法及采用該正極材料的混合超
級電容器，存在著同樣的多種原料混合、煅燒、干燥等復雜工藝過程，且煅燒工藝對材料性
能、產(chǎn)品批次一致性產(chǎn)生了重大影響，不利于規(guī)模化應用，且該鈉離子混合超級電容器在水性電解液中使用，充放電電壓上限僅為1.7V，能量密度發(fā)揮同樣受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為了解決上述存在的問題，提供了一種溶劑共嵌入型鋰離子電容器。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種溶劑共嵌入型鈉離子電容器，包括:正極、負極、鈉輔助電極、電解液和介于正負極之
間的隔膜。
[0009]所述的鈉離子電容器，電解液濃度0.5-3摩爾/升，溶劑為二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、四氫呋喃中的一種或多種，電解液中電解質(zhì)陽離子為鈉離子，陰離子為六氟磷酸
根、四氟硼酸根、三氟甲基磺酸根、高氯酸根中的一種。
[0010]所述的鈉離子電容器，隔膜為生物質(zhì)纖維素材料，厚度為10~100微米，孔隙率為30%-95%，平均孔徑為5-200納米。
[0011]所述的鈉離子電容器，正極與負極由活性物質(zhì)、導電劑、粘結(jié)劑按質(zhì)量比70~90%:5-20%:5°/『10%比例混合成漿料，并分別涂覆于正極多孔集流體和負極多孔集流體得到。
[0012]所述的鈉離子電容器，正極活性物質(zhì)為多孔活性炭、多孔石墨烯、多孔石墨板、多孔碳納米管中的一種或多種。
[0013]所述的鈉離子電容器，負極活性物質(zhì)為天然石墨、人造石墨、石墨化中間相炭微球、多孔石墨膜、改性天然石墨、石墨化碳纖維中的一種或多種。
[0014]所述的鈉離子電容器，導電劑為乙炔黑、Super P、石墨化碳纖維、氣相生長碳纖維、石墨烯中的一種或多種；所述的鋰離子電容器，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧基丁苯乳膠、羧甲基纖維素鈉中的一種或多種。
[0015]所述的鈉離子電容器，正極多孔集流體為多孔鋁箔、多孔不銹鋼網(wǎng)，優(yōu)選多孔鋁箔，開孔率為30~50%。
[0016]所述的鈉離子電容器，鈉輔助電極通過將鋰壓實并填充于銅網(wǎng)、鈦網(wǎng)或不銹鋼網(wǎng)集流體，通過極耳引出。
[0017]所述的鈉離子電容器，內(nèi)部構(gòu)造形式為鈉輔助電極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極……，且負極總是把正極包住，電容器單元結(jié)構(gòu)既可以是疊片式，也可以是卷繞式。
[0018]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以常規(guī)的價廉易得石墨材料為負極，以多孔炭材料為正極，電解液以二乙醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、四氫呋喃醚類有機材料為溶劑，在鈉離子電解質(zhì)存在情況下，通過共嵌入方式，將鈉離子插入到石墨負極材料中，從而構(gòu)成一種工作電壓高達4V的鈉離子電容器，能量密度得到大大提高。另外采用離子電導率高、性能穩(wěn)定、價格低廉的生物質(zhì)纖維素材料作為鈉離子電容器的正負極之間的隔膜，不僅有利于電容器倍率性能的發(fā)揮，還有利于降低鈉離子電容器生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0019]圖1實施例1中鈉離子電容器首次預嵌鈉圖。
[0020]圖2實施例1、2、3、4、5中鈉離子電容器的充放電曲線。
[0021]圖3對比例I中鈉離子電容器充放電曲線。
[0022]圖4對比例2中鈉離子電容器首次預嵌鈉曲線。
【具體實施方式】
[0023]實施例1
電解液調(diào)配:在充滿氬氣手套箱中，稱取167.95克六氟磷酸鈉(NaPF6),之后在勻速攪拌情況下，將六氟磷酸鈉慢慢加入到盛有I升二乙二醇二甲醚(DEGDME)溶劑的燒杯中，待完全溶解后，形成lmol/L的NaPF6/ DEGDME電解液。
[0024]負極片的制作:將石墨化中間相炭微球、導電劑Super P、粘結(jié)劑按質(zhì)量比為85:10:5 (粘結(jié)劑中丁苯橡膠乳液:羧甲基纖維素鈉質(zhì)量比=3.5:1.5)的比例混合攪拌均勻成漿料，將該漿料均勻涂覆于開孔率30%、厚度為15 μ m的銅箔集流體上，極片尺寸為3cm X 5cm，焊接上镲帶極耳。
[0025]正極片的制作:將多孔活性炭、導電劑Super P、粘結(jié)劑聚偏氟乙稀按質(zhì)量比85:10:5的比例混合攪拌均勻成漿料，將該漿料均勻涂覆于開孔率為30%、厚度為20 μ m的銷箔集流體上。極片尺寸為3cmX 5cm，焊接上銷帶極耳。
[0026]鈉輔助電極制作:將厚度為50μπκ尺寸為3cmX5cm的金屬鈉片，壓實于不銹鋼網(wǎng)上，并焊接上鎳帶