極耳。
[0027]正負(fù)極之間的隔膜采用厚度為25微米、孔隙率60%、平均孔徑40納米的纖維素隔膜。
[0028]鈉離子電容器封裝:按照鈉輔助電極/隔膜/負(fù)極/隔膜/正極/隔膜/負(fù)極的順序，按照墊片方式構(gòu)成電容器單位，將兩個(gè)負(fù)極極耳焊接在一起，置于鋁塑殼體中，封裝。
[0029]負(fù)極預(yù)嵌鈉方法:將鈉輔助電極與負(fù)極構(gòu)成回路，用0.02C倍率電流，向負(fù)極中嵌鋰，直至負(fù)極電位降到0.05V vs.Na+/Na，圖1為預(yù)嵌鈉的首次放電曲線。
[0030]鈉離子電容器充放電測試:預(yù)嵌鈉完畢后，將正極、負(fù)極構(gòu)成回路，采用IC倍率電流進(jìn)行充放電，電壓范圍為1~4V，附圖2為其充放電曲線，該鈉離子電容器在IC倍率電流下，基于兩極活性物質(zhì)量之和的能量密度高達(dá)97.8ffh/kg ；40C倍率電流下，能量密度為65.7ffh/kg ；40C倍率電流下1000次充放電后，容量保持率為97.8%。
[0031]實(shí)施例2
將實(shí)施例1中，電解液中的溶劑改為四乙二醇二甲醚其余制作過程與實(shí)施例1相同。
[0032]鈉離子電容器充放電測試:預(yù)嵌鈉完畢后，將正極、負(fù)極構(gòu)成回路，采用IC倍率電流進(jìn)行充放電，電壓范圍為1~4V，充放電曲線見附圖2，該鈉離子電容器在IC倍率電流下，基于兩極活性物質(zhì)量之和的能量密度高達(dá)91.5Wh/kg ；40C倍率電流下，能量密度為62.8ffh/kg ；40C倍率電流下1000次充放電后，容量保持率為96.5%。
[0033]實(shí)施例3
將實(shí)施例1中，負(fù)極材料中間相炭微球改為改性天然石墨，其余制作過程與實(shí)施例1相同。
[0034]鈉離子電容器充放電測試:預(yù)嵌鈉完畢后，將正極、負(fù)極構(gòu)成回路，采用IC倍率電流進(jìn)行充放電，電壓范圍為1~4V，充放電曲線見附圖2，該鈉離子電容器在IC倍率電流下，基于兩極活性物質(zhì)量之和的能量密度高達(dá)113.8 ffh/kg ；40C倍率電流下，能量密度為70.3ffh/kg ；40C倍率電流下1000次充放電后，容量保持率為97.5%。
[0035]實(shí)施例4
將實(shí)施例1中，隔膜材料改為厚度為30微米、孔隙率50%、平均孔徑30納米的纖維素隔膜，其余制作過程與實(shí)施例1相同。
[0036]鈉離子電容器充放電測試:預(yù)嵌鈉完畢后，將正極、負(fù)極構(gòu)成回路，采用IC倍率電流進(jìn)行充放電，電壓范圍為1~4V，充放電曲線見附圖2，該鈉離子電容器在IC倍率電流下，基于兩極活性物質(zhì)量之和的能量密度高達(dá)97.2 ffh/kg ；40C倍率電流下，能量密度為60.4ffh/kg ；40C倍率電流下1000次充放電后，容量保持率為95.5%。
[0037]實(shí)施例5
將實(shí)施例1中，將正極材料改為多孔石墨烯，其余制作過程與實(shí)施例1相同。
[0038]鈉離子電容器充放電測試:預(yù)嵌鈉完畢后，將正極、負(fù)極構(gòu)成回路，采用IC倍率電流進(jìn)行充放電，電壓范圍為1~4V，充放電曲線見附圖2，該鈉離子電容器在IC倍率電流下，基于兩極活性物質(zhì)量之和的能量密度高達(dá)103.8 ffh/kg ；30C倍率電流下，能量密度為75.3ffh/kg ；1000次充放電后，容量保持率為98.5%。
[0039]對比例I
將實(shí)施例1中充放電電壓范圍改為1-3.7 V，充放電曲線見附圖3，該鈉離子電容器在IC倍率電流下，基于兩極活性物質(zhì)量之和的能量密度高達(dá)87.6 ffh/kg ；30C倍率電流下，能量密度為46.8ffh/kg ；1000次充放電后，容量保持率為99.6%。
[0040]對比例2
將實(shí)施例1中電解液改為lmol/L的六氟磷酸鈉/ (碳酸乙烯酯:碳酸二甲酯=體積比1:1)，預(yù)嵌鈉首次放電曲線見附圖4，中間相炭微球首次預(yù)嵌鋰容量僅為11.8mAh/g，說明常規(guī)脂類溶劑的電解液，鈉離子幾乎不能嵌入到結(jié)晶性良好的石墨材料中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種溶劑共嵌入型鈉離子電容器，包括:正極、負(fù)極、鈉輔助電極、電解液和介于正負(fù)極之間的隔膜；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；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。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子電容器，其特征在于:所述的正極與負(fù)極由活性物質(zhì)、導(dǎo)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(fù)極多孔集流體得到。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈉離子電容器，其特征在于:所述的正極活性物質(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。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈉離子電容器，其特征在于:所述的負(fù)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。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈉離子電容器，其特征在于:所述的導(dǎo)電劑為乙炔黑、SuperP、石墨化碳纖維、氣相生長碳纖維、石墨烯中的一種或多種。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電容器，其特征在于:所述粘結(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。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈉離子電容器，其特征在于:所述的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%。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子電容器，其特征在于:鈉輔助電極通過將鈉壓實(shí)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。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子電容器，其特征在于: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(fù)極/隔膜/正極/隔膜/負(fù)極/隔膜/正極/隔膜/負(fù)極……，且負(fù)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。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種溶劑共嵌入型鈉離子電容器，包括：正極、負(fù)極、鈉輔助電極、電解液和介于正負(fù)極之間的隔膜，其中電解液濃度為0.5~3 摩爾/升，溶劑為二乙醇二甲醚、四乙醇二甲醚、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，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20-200納米。本發(fā)明中的電解液中采用的溶劑可以與鈉離子共嵌入到石墨類負(fù)極材料中，可以有效解決在常規(guī)酯類溶劑中鈉離子不能嵌入石墨類負(fù)極材料中的問題，同時(shí)采用生物質(zhì)纖維素隔膜材料提高電解液的離子電導(dǎo)率，進(jìn)而提高鈉離子電容器大電流充放電能力，且成本低廉。本發(fā)明提供的鈉離子電容器，制作工藝簡單，比能量高，循環(huán)穩(wěn)定性好，在新能源領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H01G11/52, H01G11/24, H01G11/62
【公開號】CN104966621
【申請?zhí)枴緾N201510242864
【發(fā)明人】崔光磊, 姚建華, 韓鵬獻(xiàn), 韓曉琪
【申請人】中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年5月14日