[实用新型]一种可预钠的插层式钠离子超级电容器

说明书

本实用新型涉及一种可预钠的插层式钠离子超级电容器，正极到负极依次包括含钠活性物质层、储钠碳层、隔膜层、有机电解质层和插层碳层，外层通过铝塑膜封装，正负极连接有铝带作为极耳，含钠活性物质层包括正极铝箔和涂抹在正极铝箔上的正极涂层。本实用新型的有益效果是：预钠过程对电容器结构改变较小，避免了高危险性的金属钠的使用；由于采用了含钠活性物质层，正负极之间的n/p比可以随电位窗口的变化进行调节，同时该插层式电容器的比能量大于30Wh/kg，并具有超长循环性能。

技术领域

本实用新型属于电容器装置领域，尤其是涉及一种可预钠的插层式钠离子超级电容器。

背景技术

超级电容器具有超高的功率密度(1～100kw/kg)和超长的循环寿命(数十万次)等独特的性能，被认为是电动汽车、混合电动车和燃料电池汽车中不可缺少的功率源装置。美国、日本、韩国、俄罗斯等都对超级电容器在电动汽车和动力储能等领域发挥更积极的作用寄予厚望，纷纷投巨资给予优先支持。

美国能源部(包括美国军方)早在1989年就制定了超级电容器的近期和长期发展研究计划，其着眼点在于双电层超级电容器在电动汽车上的应用，并在1994年拟定了电动车用双电层超级电容器标准。其近期目标(1998～2003年)为：比功率为500W/kg，比能量为2.5Wh/kg；长期目标(2003年～)为：比功率为1500W/kg，比能量为15Wh/kg。在1992年美国能源部和USABC(US Advanced Battery Consortium)组织国家实验室(Lawrence Livermore，Los Alamos等)和工业界(Maxwell，GE等)联合开发使用炭材料的双电层超级电容器，并制定了新的研究目标：2004年将超级电容器的能量密度提高到9Wh/kg，2006年提高到18Wh/kg；功率密度＞1800W/kg。但时至今日，批量生产的超级电容器仍未能达到上述目标，实际的能量密度仅为3～5Wh/kg，功率密度为1～3kW/kg。

有力提升超级电容器比能量的有效方式之一就是采用插层式非对称电容器，即正极采用可以结合阳离子的一系列无定型碳类材料，而负极则采用可以插入阳离子的一系列插层碳材料，该类电容器由于可以储存一定的阳离子，因此能量密度要高于传统的双电层电容。

因为正极采用了碳类材料，使得此类电容器本身并不含有阳离子，因此就必须采取一定的方法预先充入一部分阳离子，从锂离子插层式电容器的使用效果来看，常见的预锂化方式包括正极预锂化、负极预锂化等。正极预锂化则往往采用可生成气体的一系列富锂材料如Li₆CoO₄、Li₅FeO₄、等，这些化合物在电池化成过程中，能够有效的提供Li⁺离子，由于在预锂化过程中富锂化合物分解，除了提供Li⁺或Na⁺离子之外也会有一定量的气体生成，而气体的生成对电池的结构和性能也会有一定的影响，负极预锂化则是一般在负极表面贴上一层锂箔或者是金属锂纤维线，利用电解液、负极和金属锂的相互作用完成锂源到电容器的固化，尽管不需要外形特殊设计，但采用金属锂在负极上直接进行预锂化则有极大的危险性，这也是制约此类产品发展的一个重要瓶颈。同样采用含钠离子的物质进行正极或者负极预钠，则也存在着这些问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种可预钠的插层式钠离子超级电容器。

本实用新型采用的技术方案是：一种可预钠的插层式钠离子超级电容器，正极到负极依次包括含钠活性物质层、储钠碳层、隔膜层、有机电解质层和插层碳层，外层通过铝塑膜封装，正负极连接有铝带作为极耳。