一種鈉離子混合超級(jí)電容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于化學(xué)電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鈉離子混合超級(jí)電容器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)不可再生能源隨著全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展而變得的日益短缺，化石燃料的大量消耗也已經(jīng)引發(fā)了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染，從而大大推動(dòng)了清潔可再生能源技術(shù)的開發(fā)展。作為性能優(yōu)異的儲(chǔ)能器件，二次電池和超級(jí)電容器已經(jīng)成為了研究重點(diǎn)。其中超級(jí)電容器由于可以進(jìn)行快速充放電，循環(huán)壽命長，已在新能源汽車中進(jìn)行了廣泛使用。超級(jí)電容器又稱為黃金電容、法拉電容，通過極化電解質(zhì)在電極表面形成對(duì)峙電荷的雙電層來儲(chǔ)能。由于其儲(chǔ)能的過程不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此超級(jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。超級(jí)電容器一般使用活性碳電極材料，具有比表面積大，靜電儲(chǔ)存多等特點(diǎn)，但其工作電壓低，儲(chǔ)能密度仍與電池具有很大差距。
[0003]混合超級(jí)電容器可以認(rèn)為是一種介于超級(jí)電容器和電池之間的新型的儲(chǔ)能元件，其中一極應(yīng)用活性炭，另外一極應(yīng)用具有離子脫嵌特性的電極材料，通過結(jié)合離子脫嵌反應(yīng)和雙電層原理進(jìn)行儲(chǔ)能，具有比超級(jí)電容器更高的比容量和比以及比電池更高的功率密度，是動(dòng)力電源的最佳選擇之一。目前，混合超級(jí)電容器一般使用水系電解液，具有安全性能好，低碳環(huán)保等特點(diǎn)，但其工作電壓區(qū)間較小，致使其儲(chǔ)能密度仍然很難得到明顯的提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種全固態(tài)鈉離子電池，從而解決上述【背景技術(shù)】中的問題。
[0005]本【實(shí)用新型內(nèi)容】是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種鈉離子混合超級(jí)電容器，其特征是:包括外殼、正極集流體、NASIC0N正極材料層、電解液、隔膜、石墨烯負(fù)極材料層、乙炔黑導(dǎo)電層、負(fù)極集流體，所述正極集流體和負(fù)極集流體包裹于外殼內(nèi)對(duì)稱兩側(cè)，所述正極集流體內(nèi)側(cè)涂覆NASIC0N正極材料層，所述負(fù)極集流體內(nèi)側(cè)依次涂覆乙炔黑導(dǎo)電層和石墨稀負(fù)極材料層，所述NASIC0N正極材料層和石墨烯負(fù)極材料層之間填充有電解液并通過所述的隔膜分離。
[0006]所述的NASIC0N正極材料層為鈉離子超導(dǎo)體型(NASICON) Na3V2 (PO4) 3和Na3V2 (PO4)2F3 中的一種。
[0007]所述的乙炔黑導(dǎo)電層由乙炔黑和粘結(jié)劑按質(zhì)量比100:(1~20)組成。
[0008]所述的石墨稀負(fù)極材料層由石墨稀和粘結(jié)劑按質(zhì)量比100: (1-10)組成。
[0009]所述的電解液為鈉鹽電解質(zhì)的有機(jī)溶劑體系。
[0010]所述的正極集流體為鋁箔。
[0011]所述的負(fù)極集流體為銅箔。
[0012]本實(shí)用新型有如下有益效果。
[0013]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的鈉離子混合超級(jí)電容器，使用具有鈉離子超導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的富鈉離子聚陰離子體材料Na3V2 (PO4) 3和Na 3V2 (PO4) 2F3作正極，可通過其三維離子通道結(jié)構(gòu)改善離子脫嵌可逆性和離子迀移速率，利用離子脫嵌的化學(xué)反應(yīng)能在大電流充放過程中產(chǎn)生高的比容量和電壓平臺(tái)。乙炔黑導(dǎo)電層可將石墨烯附著在導(dǎo)電材料表面，提高石墨烯表面電荷傳輸速率，提升雙電層電容儲(chǔ)能效率。鈉鹽有機(jī)電解液也增大了混合超級(jí)電容器的電壓區(qū)間，使其儲(chǔ)能密度得到很大提升。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖1中所示:1、正極集流體；2、NASICON正極材料層；3、電解液；4、隔膜；5、外殼；6、石墨烯負(fù)極材料層；7、乙炔黑導(dǎo)電層；8、負(fù)極集流體。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0017]如圖1所示，一種鈉離子混合超級(jí)電容器，其特征是:包括外殼(5)、正極集流體
(1)、NASICON正極材料層(2)、電解液(3)、隔膜(4)、石墨烯負(fù)極材料層(6)、乙炔黑導(dǎo)電層
(7)、負(fù)極集流體(8)，所述正極集流體(I)和負(fù)極集流體(8)包裹于外殼(5)內(nèi)對(duì)稱兩側(cè)，所述正極集流體(I)內(nèi)側(cè)涂覆NASICON正極材料層(2)，所述負(fù)極集流體(8)內(nèi)側(cè)依次涂覆乙炔黑導(dǎo)電層(7)和石墨稀負(fù)極材料層(6)，所述NASICON正極材料層(2)和石墨稀負(fù)極材料層(6 )之間填充有電解液(3 )并通過所述的隔膜(4 )分離。
[0018]所述的NASICON正極材料層(2 )為鈉離子超導(dǎo)體型(NASICON) Na3V2 (PO4) 3和Na3V2 (PO4)2F3 中的一種。
[0019]所述的乙炔黑導(dǎo)電層(7)由乙炔黑和粘結(jié)劑按質(zhì)量比100:(1~20)組成。
[0020]所述的石墨稀負(fù)極材料層(6)由石墨稀和粘結(jié)劑按質(zhì)量比100: (1-10)組成。
[0021]所述的電解液(3)為鈉鹽電解質(zhì)的有機(jī)溶劑體系。
[0022]所述的正極集流體(I)為鋁箔。
[0023]所述的負(fù)極集流體(8)為銅箔。
[0024]本實(shí)用新型利用具有鈉離子超導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的Na3V2 (PO4) 3和Na 3V2 (PO4) 2F3材料作正極，在超級(jí)電容器快速充放電過程中，可通過其三維離子通道結(jié)構(gòu)改善離子脫嵌可逆性和離子迀移速率，并能夠通過鈉離子的脫嵌反應(yīng)在大電流充放過程中保持較高的比容量和電壓平臺(tái)，在滿足快速充放電反應(yīng)的同時(shí)，還能夠通過可逆的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行大容量儲(chǔ)能。乙炔黑與粘結(jié)劑按照100:(1~20)質(zhì)量比混合而成的導(dǎo)電層，在負(fù)極集流體與導(dǎo)電層之間和導(dǎo)電層與石墨烯負(fù)極材料層之間不僅能夠提供較強(qiáng)的粘著力，同時(shí)還能大大提高界面電導(dǎo)率，降低界面接觸電阻。導(dǎo)電材料乙炔黑表面豐富的含氧官能團(tuán)可將石墨烯附著在乙炔黑表面，為石墨烯負(fù)極材料表面電荷傳輸提供多維度的傳導(dǎo)方向，有效改善石墨烯在大電流充放時(shí)二維方向電荷傳輸?shù)南拗?，提高電荷轉(zhuǎn)移速率，降低在大電流下的電荷損失。同時(shí)，由于石墨烯具有超大的理論比表面積(2630 m2/g)，石墨烯與電解液形成的雙電層比電容也遠(yuǎn)大于其他碳材料。石墨稀與粘結(jié)劑按照100: (1~10)質(zhì)量比混合而成的負(fù)極材料層，可使石墨烯材料之間通過粘結(jié)劑進(jìn)行有效良好的接觸，并能保持石墨烯結(jié)構(gòu)特性，避免粘結(jié)劑過多造成石墨烯電化學(xué)容量損失和電導(dǎo)率降低問題。鈉鹽電解質(zhì)的有機(jī)溶劑體系具有較高的分解電壓，因此鈉離子有機(jī)電解液能夠增大混合超級(jí)電容器的工作電壓區(qū)間。NASICON正極的鈉離子脫嵌反應(yīng)和石墨烯負(fù)極雙電層可使混合超級(jí)電容器儲(chǔ)能容量得到很大提升，其儲(chǔ)能密度也會(huì)因較高的電壓區(qū)間而得到進(jìn)一步提升。
[0025]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制。上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)，本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鈉離子混合超級(jí)電容器，其特征是:包括外殼、正極集流體、NASICON正極材料層、電解液、隔膜、石墨烯負(fù)極材料層、乙炔黑導(dǎo)電層、負(fù)極集流體，所述正極集流體和負(fù)極集流體包裹于外殼內(nèi)對(duì)稱兩側(cè)，所述正極集流體內(nèi)側(cè)涂覆NASICON正極材料層，所述負(fù)極集流體內(nèi)側(cè)依次涂覆乙炔黑導(dǎo)電層和石墨稀負(fù)極材料層，所述NASICON正極材料層和石墨烯負(fù)極材料層之間填充有電解液并通過所述的隔膜分離。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉離子混合超級(jí)電容器，其特征是:所述的NASICON正極材料層為鈉離子超導(dǎo)體型(NASICON) Na3V2 (PO4) 3和Na 3V2 (PO4) 2F3中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉離子混合超級(jí)電容器，其特征是:所述的乙炔黑導(dǎo)電層由乙炔黑和粘結(jié)劑按質(zhì)量比100:(1~20)組成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉離子混合超級(jí)電容器，其特征是:所述的石墨烯負(fù)極材料層由石墨稀和粘結(jié)劑按質(zhì)量比100: (1-10)組成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉離子混合超級(jí)電容器，其特征是:所述的電解液為鈉鹽電解質(zhì)的有機(jī)溶劑體系。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉離子混合超級(jí)電容器，其特征是:所述的正極集流體為鋁箔。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉離子混合超級(jí)電容器，其特征是:所述的負(fù)極集流體為銅箔。
【專利摘要】一種鈉離子混合超級(jí)電容器，其特征是：包括外殼、正極集流體、NASICON正極材料層、電解液、隔膜、石墨烯負(fù)極材料層、乙炔黑導(dǎo)電層、負(fù)極集流體，所述正極集流體和負(fù)極集流體包裹于外殼內(nèi)對(duì)稱兩側(cè)，所述正極集流體內(nèi)側(cè)涂覆NASICON正極材料層，所述負(fù)極集流體內(nèi)側(cè)依次涂覆乙炔黑導(dǎo)電層和石墨烯負(fù)極材料層，所述NASICON正極材料層和石墨烯負(fù)極材料層之間填充有電解液并通過所述的隔膜分隔。本實(shí)用新型通過正極鈉離子脫嵌反應(yīng)與負(fù)極雙電層電容原理，實(shí)現(xiàn)電荷快速、高效儲(chǔ)存和釋放，并能顯著提高混合超級(jí)電容器的工作電壓和儲(chǔ)能容量。
【IPC分類】H01G11/24, H01G11/30, H01G11/58, H01G11/26, H01G11/04
【公開號(hào)】CN204946728
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520525183
【發(fā)明人】陳珺, 宋維鑫, 紀(jì)效波, 黃雅亮, 朱漢軍, 韓淑娟, 蘭青
【申請(qǐng)人】陳珺, 宋維鑫, 紀(jì)效波, 黃雅亮, 朱漢軍, 韓淑娟, 蘭青
【公開日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年7月20日