【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电容器制造，涉及一种负极极片及含有其的混合型超级电容器。
技术介绍
1、锂电池因其高能量密度而被广泛使用，但其充电速度缓慢，因此科学家一直在寻找介于锂电池和超级电容器之间的设备。而超级电容器具有高功率密度和寿命长等优异性能，但能量密度低于化学电池。锂电池只能在有限的充放电次数内保持良好的工作状态，一旦超过充放电次数，锂电池的工作性能大打折扣，而超级电容能反复充放电次数达到数万次及数十万次，这也是超级电容的优势。
2、因此，可以将锂离子电池和双电层电容器科学地相结合，利用它们的优势来补对方的不足，即得到混合型超级电容器，其突破了双电层电容器能量密度低的问题，而逐渐成为了兼顾功率特性和较高的能量密度的新型储能器件，被广泛应用于电动汽车、新能源发电、轨道交通、国防军工、航空航天等领域。
3、通常，混合型超级电容器是由具有吸脱附储能活性炭作正极、可逆氧化还原碳材料作负极以及有机系电解液组成。随着应用市场对混合型超级电容器能量密度要求的不断提高，石墨材料由于具有高比容量及高压实密度已被广泛用作实现高能量密度混合型超级电容器的负极。
4、然而，传统的石墨负极层间距较小，大功率下动力学缓慢、正负极动力学不匹配，快速充放电过程中易形成锂枝晶等，严重影响了混合超级电容器的高功率性能。
5、可见，对于混合型超级电容器的负极进行优化和改善以解决或避免纯石墨负极带来的问题，对于混合型超级电容器的性能提升是非常关键和有意义的。
技术实现思路
1、
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种负极极片，所述负极极片包括：
4、集流体；
5、第一活性层，设置于所述集流体的至少一个表面之上；所述第一活性层包括第一活性材料，所述第一活性材料包括碳材料；
6、第二活性层，设置于所述第一活性层之上；所述第二活性层包括第二活性材料，所述第二活性材料包括钛铌氧化物。
7、本专利技术并采用双层负极活性层的结构设计，使用碳材料形成第一活性层，利用其高比容量及高压实密度的优势，为电容器提供高的质量能量密度及体积能量密度；同时，使用钛铌氧化物形成第二活性层，改善高负载极片的快速充放电能力，提升电容器的功率密度；含有所述负极极片的混合型超级电容器能兼具高能量密度、高功率密度及长循环寿命的特点。单一的太铌氧化物，如tinb2o7作为负极材料时，由于其库仑效率低导致循环稳定性差，且在反复的充放电过程中，材料体积变化大，导致材料易粉碎或堆积团聚，与集流体失去电接触，造成内阻急剧增大、容量衰减。因此，迫切需要通过解决上述问题开发一种兼具快速充放电能力及循环稳定性优异的负极材料。本专利技术通过构建石墨和钛铌氧化物双层复合电极，二者发挥协同效应，有效调节混合型超级电容器的能量密度、功率密度及循环寿命。
8、以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
9、作为本专利技术优选的技术方案，所述碳材料包括石墨材料，所述石墨材料包括天然石墨、人造石墨、软碳或硬碳中的任意一种或至少两种的组合。
10、作为本专利技术优选的技术方案，所述钛基氧化物包括钛铌氧化物，所述钛铌氧化物包括tinb2o7、ti2nb2o9或ti2nb10o29中的任意一种或至少两种的组合。
11、优选地，所述钛铌氧化物具有纳米多孔结构。
12、作为本专利技术优选的技术方案，所述钛基氧化物具有导电包覆层。
13、本专利技术优选涉及的混合超级电容器引入表面有导电层包覆的钛铌氧化物纳米多孔颗粒作为第二负极活性材料层，导电包覆层提供了电子传导通道，有效提高了材料的电子电导率，降低了极片面电阻，而且有助于活性材料之间的锂离子传输，还能有效缓冲体积膨胀，保持材料结构完整性。所述导电包覆层可以是碳材料形成的包覆碳层。此外，钛铌氧化物的纳米多孔结构，能够大大减少锂离子的固态扩散距离，提高锂离子扩散动力学，进而提升了该储能器件大倍率下的电化学性能。
14、本专利技术优选的钛铌金属氧化物tinb2o7负极材料，能通过嵌入式反应存储锂离子，发生基于ti4+和ti3+之间的单电子反应和nb5+和nb3+的两电子反应的电子转移，具有相对较高的理论比容量以及适中的嵌锂电压范围，且通过均匀碳层包覆钛铌氧化物使其具有很高的电导率，保证了快速的锂离子转移动力学，具有优异的高功率性能。
15、作为本专利技术优选的技术方案，所述第一活性层的厚度＞所述第二活性层的厚度。
16、优选地，所述第一活性层的厚度为50～150μm，例如50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、105μm、110μm、115μm、120μm、125μm、130μm、135μm、140μm、145μm或150μm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
17、优选地，所述第二活性层的厚度为30～80μm，例如30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm或80μm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
18、作为本专利技术优选的技术方案，所述第一活性材料的粒径＞所述第二活性材料的粒径。
19、优选地，所述第一活性材料的粒径d50为10～20μm，例如10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm等，所述第二活性材料的粒径d50为10～500nm，例如10nm、50nm、80nm、100nm、120nm、140nm、170nm、190nm、210nm、240nm、270nm、300nm、330nm、360nm、390nm、420nm、450nm、480nm或500nm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
20、作为本专利技术优选的技术方案，所述第一活性层的压实密度＞所述第二活性层的压实密度。
21、优选地，所述第一活性层的压实密度为1.0～1.85g/cc，例如1g/cc、1.1g/cc、1.2g/cc本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种负极极片，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述碳材料包括石墨材料，所述石墨材料包括天然石墨、人造石墨、软碳或硬碳中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的负极极片，其特征在于，所述钛铌氧化物包括TiNb2O7、Ti2Nb2O9或Ti2Nb10O29中的任意一种或至少两种的组合；
4.根据权利要求3所述的负极极片，其特征在于，所述钛铌氧化物具有导电包覆层。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的负极极片，其特征在于，所述第一活性层的厚度＞所述第二活性层的厚度；
6.根据权利要求1-5任意一项所述的负极极片，其特征在于，所述第一活性材料的粒径＞所述第二活性材料的粒径。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的负极极片，其特征在于，所述第一活性层的压实密度＞所述第二活性层的压实密度。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的负极极片，其特征在于，所述第一活性层及所述第二活性层除含有活性材料外，还含有导电剂及粘结剂；
9.一种混合型超级电容器，
10.根据权利要求9所述的混合型超级电容器，其特征在于，所述混合型超级电容器包括叠片式电芯、电解液及电容器壳体；所述叠片式电芯包括正极极片、隔膜及权利要求1-8任意一项所述的负极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种负极极片，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述碳材料包括石墨材料，所述石墨材料包括天然石墨、人造石墨、软碳或硬碳中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的负极极片，其特征在于，所述钛铌氧化物包括tinb2o7、ti2nb2o9或ti2nb10o29中的任意一种或至少两种的组合；
4.根据权利要求3所述的负极极片，其特征在于，所述钛铌氧化物具有导电包覆层。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的负极极片，其特征在于，所述第一活性层的厚度＞所述第二活性层的厚度；
6.根据权利要求1-5任意一项所述的负极极...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈奕戈，钟振鑫，林杰欢，刘水，刘建荣，刘圣杰，陈成猛，邸会芳，王振兵，苏方远，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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