[发明专利]一种钠离子电容器及其制备方法

说明书

本发明属于钠离子电容器技术领域，具体涉及钠离子电容器及其制备方法。一种钠离子电容器，包括正极片、隔膜、负极片、电解液，其特征在于，所述正极片包括集流体和涂覆在集流体表面的复合材料，所述复合材料包括A类活性物、B类活性物、粘结剂和导电剂；所述A类活性物为NaVPO4F、Na3V(PO4)2F3、Na1.5VOPO4F0.5、NaFePO4、NaCoPO4、NaMnPO4中的一种或多种；所述B类活性物为多孔碳材料。本发明通过复合添加A类活性物和多孔碳材料复合物作为正极材料，提高钠离子电容器的能量密度和功率密度，并降低预嵌钠时间，降低生产成本，最终满足应用领域对于产品成本及性能的需求。

技术领域

本发明属于钠离子电容器技术领域，具体涉及钠离子电容器及其制备方法。

背景技术

能源危机和环境污染的日益加重迫使人们开始关注高效、清洁以及可再生的清洁能源，受制于这些新型可再生能源的间隙性和随机性，发展大规模储能系统成为开发和利用它们的关键所在。众多储能技术中，锂离子电池因其能量密度高、功率密度大等优点而被广泛适用于3C消费类电子、新能源汽车、物联网等领域。然而锂资源因储量有限、分布不均等问题成为了锂离子电池大面积、长时间使用的瓶颈，因此，同处于第I主族、相似于锂金属的电化学反应过程以及具有资源和环境优势的钠离子电池成为了新的电池发展方向。

近年来，随着物联网、新能源汽车、智能电网等领域对于储能器件成本、功率密度以及全寿命周期内循环使用寿命等性能需求的增高，间距高能量密度和高功率密度的新型混合型电容器成为了重点发展方向之一。类似于锂离子电容器，传统的钠离子电容器的工作原理同样是采用具有多孔结构的活性炭材料作为正极，采用无定形结构的硬炭或者软炭材料作为负极材料，通过金属纳片与负极电极首次嵌钠，实现负极材料的“预嵌钠过程”。该方法虽然能够实现混合型电容器能量密度的提升，但是，该制备方法获得的钠离子电容器能量密度依旧很低，仅为10-20Wh/kg，且具有生产过程安全系数低、成化老化时间长等固有缺点，进而，极大程度上限制了钠离子电容器的发展。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种钠离子电容器及其制备方法，该钠离子电容器具有能量密度和功率密度较高，预嵌钠时间短，生产成本低等优点，最终满足应用领域对于产品成本及性能的需求。

本发明的以上一个目的通过以下技术方案来实现：

一种钠离子电容器，包括正极片、隔膜、负极片、电解液，其特征在于，所述正极片包括集流体和涂覆在集流体表面的复合材料，所述复合材料包括A类活性物、B类活性物、粘结剂和导电剂；

所述A类活性物为NaVPO₄F、Na₃V(PO₄)₂F₃、Na_1.5VOPO₄F_0.5、NaFePO₄、NaCoPO₄、NaMnPO₄中的一种或多种；

所述B类活性物为多孔碳材料。

本发明的钠离子电容器以A类活性物和多孔碳材料的复合材料作为正极片的活性物质，多孔碳材料具有孔洞多、比表面积大等特点，具有较高的储能特性，在正极材料中引入多孔碳材料可形成界面双电层来实现储能；而在正极材料中添加A类活性物，在充放电过程中，Na⁺可有效在A类活性物的层状结构中嵌入和脱嵌，形成离子嵌入-脱出储能机制，提高能量密度。因此，本发明通过在正极复合材料中添加A类活性物和多孔碳材料，使得正极能同时发生电化学储能和双电层储能模式，提高钠离子电容器的能量密度和功率密度。