【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电容器领域，尤其是涉及一种全固态钠离子电容器及其制备方法。
技术介绍
1、自从amatucci等人在2001年提出混合电容器的概念，兼具高功率密度与高能量密度的锂离子电容器引起人们的广泛关注。因此，与锂元素具有相似物理化学性质，储量丰富、成本较低的钠离子电容器逐渐得到研究者的研究。例如，专利cn103198928a公开了一种钠离子电化学电容器，包括：正极、负极、电解液和介于正负极之间的隔膜，所述五种负极材料均为层状结构，因此电解液中的钠离子能够在负极材料表面嵌入和脱出，即发生氧化还原反应，并且负极材料的层间距较大，更有利于尺寸较大的钠离子快速嵌入和脱出，从而提高钠离子电化学电容器的能量密度、功率密度和循环寿命。
2、金属离子电容器作为一种新型储能器件，主要由电池型负极和电容型正极构成，具有功率密度大、循环寿命长、充放电速率快、安全性高等优点。一般而言，这类电容器主要采用大比表面的多孔碳材料如活性炭为正极材料，采用通过可逆的离子嵌入脱出来储能的材料为负极材料。在充放电过程中，不同储能机制的组合，使得金属离子电容器的能量密度高于传统的双电层电容器，同时功率密度大于金属离子电池。
3、目前钠离子电容器的离子传输介质通常是由钠盐和有机溶剂制成的有机液态电解液组成，其电化学窗口有限，且具有易燃烧和易泄漏的潜在安全隐患。同时，在液态钠离子电容器充放电过程中可能会由于钠沉积不均匀导致枝晶生长、刺穿隔膜，最终短路。因此，使用固态电解质代替液态电解液，这不仅可以提高电池的安全性，还有利于形成一个物理屏障，阻止
技术实现思路
1、本专利技术为了克服液态钠离子电容器安全性不佳的问题，提供一种全固态钠离子电容器及其制备方法，可以避免钠离子电容器电解液存在的易燃烧和易泄漏问题，并能阻止钠枝晶生长，有效解决钠离子电容器能量密度偏低以及循环性能不佳的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种全固态钠离子电容器，负极为补钠负极，所述补钠负极由负极活性物质和负极集流体组成，所述负极活性物质为补钠后的硬碳、补钠后的软碳、补钠后的石墨、补钠后的金属化合物以及补钠后的合金材料中的一种或多种。
4、作为优选，所述补钠负极的制备包括以下步骤：
5、s1.将含钠金属氧化物、导电添加剂、粘结剂和有机溶剂共混，搅拌形成浆料，然后将浆料均匀涂覆在正极集流体上，涂覆后的正极集流体经烘干、辊压、分切后制得极片a；
6、s2.将嵌钠型储能材料、导电添加剂、粘结剂和有机溶剂共混，搅拌形成浆料，然后将浆料均匀涂覆在负极集流体上，涂覆后的负极集流体经烘干、辊压、分切后制得极片b；
7、s3.封装极片a、极片b、钠离子电池隔膜和钠离子电池电解液，得到全电池扣式器件；将全电池扣式器件充放电循环若干次并充电至满电状态；
8、s4.将s3得到的充满电的全电池扣式器件拆解，得到补钠负极。
9、作为优选，s1中含钠金属氧化物、导电添加剂和粘结剂的质量比为(90～95):(2～5):(2～5)；和/或；s2中嵌钠型储能材料、导电添加剂和粘结剂的质量比为(85～90):(5～10):(5～10)。
10、作为优选，s1所述含钠金属氧化物为钠离子层状氧化物、钠离子隧道型氧化物、钠离子聚阴离子型氧化物、钠离子普鲁士蓝氧化物以及钠离子普鲁士白氧化物中的至少一种；和/或；s2所述嵌钠型储能材料为硬碳、软碳、石墨、金属化合物以及合金材料中的至少一种。
11、作为优选，s1所述正极集流体为铝箔；s2所述负极集流体为铝箔或铜箔。
12、作为优选，s3将全电池扣式器件在0.05c倍率下充放电循环3次并充电至满电状态。
13、作为优选，所述全固态钠离子电容器还包括正极、全固态电解质和外壳，全固态电解质的上、下表面分别连接正极、所述补钠负极；正极、全固态电解质和补钠负极均放置在外壳内。
14、作为优选，所述全固态电解质、正极、补钠负极均为圆片状，且全固态电解质的直径比正极、补钠负极大。
15、本专利技术还提供所述全固态钠离子电容器的制备方法，包括以下步骤：
16、(1)制备正极：将正极活性物质、导电添加剂、粘结剂和有机溶剂共混，搅拌形成正极浆料；然后将正极浆料均匀涂覆在正极集流体上，经烘干、辊压、分切后制得正极；
17、(2)制备全固态电解质：在乙腈溶液中加入聚合物固态电解质基体，搅拌成为均匀的乳液，然后向乳液中加入钠盐，搅拌得到混合液；将混合液倒入模具中，自然晾干后，将制备好的聚合物固态电解质裁片待用；
18、(3)封装：在手套箱中，将步骤(1)制备得到的正极片、所述补钠负极片以及步骤(2)制备的全固态电解质封装得到全固态钠离子电容器。
19、作为优选，步骤(1)所述正极活性物质为活性炭、多孔碳纤维、多孔石墨烯和多孔石墨板中的至少一种。
20、作为优选，s1、s2、步骤(1)所述导电添加剂为导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、石墨烯和碳纳米管中的至少一种；粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸和聚酰亚胺中的至少一种。
21、作为优选，步骤(1)正极活性物质、导电添加剂和粘结剂的质量比为(85～90):(5～10):(2～5)。
22、作为优选，步骤(2)所述聚合物固态电解质基体为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚偏氯乙烯、聚丙烯腈和聚偏氟乙烯中的至少一种；所述钠盐包括napf6、naclo4、nabf4、nafsi、natfsi、nacf3so3中的至少一种。
23、作为优选，步骤(2)中聚合物固态电解质基体的基本结构单元与钠盐中的钠元素的摩尔比为10～20。
24、因此，本专利技术的有益效果为：本专利技术的全固态钠离子电容器可以有效避免钠离子电容器电解液存在的易燃烧和易泄漏问题，并能阻止钠枝晶生长，有效解决钠离子电容器能量密度偏低以及循环性能不佳的问题，为开发高能量密度、高安全钠离子电容器提供了一种非常好的思路。
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1.一种全固态钠离子电容器，其特征在于，负极为补钠负极，所述补钠负极由负极活性物质和负极集流体组成，所述负极活性物质为补钠后的硬碳、补钠后的软碳、补钠后的石墨、补钠后的金属化合物以及补钠后的合金材料中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种全固态钠离子电容器，其特征在于，所述补钠负极的制备包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种全固态钠离子电容器，其特征在于，S1中含钠金属氧化物、导电添加剂和粘结剂的质量比为(90～95):(2～5):(2～5)；和/或；S2中嵌钠型储能材料、导电添加剂和粘结剂的质量比为(85～90):(5～10):(5～10)。
4.根据权利要求2或3所述的一种全固态钠离子电容器，其特征在于，S1所述含钠金属氧化物为钠离子层状氧化物、钠离子隧道型氧化物、钠离子聚阴离子型氧化物、钠离子普鲁士蓝氧化物以及钠离子普鲁士白氧化物中的至少一种；和/或；S2所述嵌钠型储能材料为硬碳、软碳、石墨、金属化合物以及合金材料中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的一种全固态钠离子电容器，其特征在于，S3将全电池扣式器件在0.
6.根据权利要求1所述的一种全固态钠离子电容器，其特征在于，所述全固态钠离子电容器还包括正极、全固态电解质和外壳，全固态电解质的上、下表面分别连接正极、所述补钠负极；正极、全固态电解质和补钠负极均放置在外壳内。
7.权利要求1-6任一所述全固态钠离子电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，S1、S2、步骤（1）中所述导电添加剂为导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、石墨烯和碳纳米管中的至少一种；粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸和聚酰亚胺中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述聚合物固态电解质基体为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚偏氯乙烯、聚丙烯腈和聚偏氟乙烯中的至少一种；所述钠盐包括NaPF6、NaClO4、NaBF4、NaFSI、NaTFSI、NaCF3SO3中的至少一种。
10.根据权利要求7或8或9所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中聚合物固态电解质基体的基本结构单元与钠盐中的钠元素的摩尔比为10～20。
...【技术特征摘要】
1.一种全固态钠离子电容器，其特征在于，负极为补钠负极，所述补钠负极由负极活性物质和负极集流体组成，所述负极活性物质为补钠后的硬碳、补钠后的软碳、补钠后的石墨、补钠后的金属化合物以及补钠后的合金材料中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种全固态钠离子电容器，其特征在于，所述补钠负极的制备包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种全固态钠离子电容器，其特征在于，s1中含钠金属氧化物、导电添加剂和粘结剂的质量比为(90～95):(2～5):(2～5)；和/或；s2中嵌钠型储能材料、导电添加剂和粘结剂的质量比为(85～90):(5～10):(5～10)。
4.根据权利要求2或3所述的一种全固态钠离子电容器，其特征在于，s1所述含钠金属氧化物为钠离子层状氧化物、钠离子隧道型氧化物、钠离子聚阴离子型氧化物、钠离子普鲁士蓝氧化物以及钠离子普鲁士白氧化物中的至少一种；和/或；s2所述嵌钠型储能材料为硬碳、软碳、石墨、金属化合物以及合金材料中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的一种全固态钠离子电容器，其特征在于，s3将全电池扣式器件在0.05c倍...
【专利技术属性】
技术研发人员：张继国，马福元，吴田，臧孝贤，陈芳，王补欢，赵旭，成城，杨钒，
申请(专利权)人：浙江省白马湖实验室有限公司，
类型：发明
国别省市：
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