一种电化学电容器制造技术

本发明专利技术提供了一种电化学电容器，包括：正极、负极、电解液和隔膜，所述电解液为钠盐和锂盐的混合电解液，所述负极材料选自钛酸钠纳米管或钛酸钠纳米管/碳复合材料中的任意一种。本发明专利技术将锂盐和钠盐混合作为电解液，同时以钛酸钠纳米管或钛酸钠纳米管/碳复合材料作为负极材料，不仅降低了电容器的成本，并且有利于离子的扩散，便于离子快速的嵌入和脱出，从而使电化学电容器具有较高的能量密度和功率密度。电化学实验表明，以本发明专利技术提供的钛酸钠纳米管/碳复合材料为负极材料制备的电容器，在0V~3.5V的工作电压下，循环100次后，其比容量为95%左右。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电容器
，尤其涉及一种电化学电容器。
技术介绍
电化学电容器又称超级电容器，由正极、负极、电解液以及介于正极和负极之间的隔膜组成。电化学电容器是一种新型的 电化学能量储存和转换装置，具有功率密度高、充放电时间短、循环性能好、使用寿命长和便于维护等优点，在国防、航天航空、汽车工业、消费电子、电信通讯、电力和铁路等领域得到了广泛的应用，比如它可以用作辅助电源、备用电源、主电源和替换电源，军事上它可以与电池组成“致密型超高功率脉冲电源”，为微波武器与激光武器提供MW级的特大运行功率。随着应用范围的不断拓展，电化学电容器被视为本世纪最有希望的新型绿色能源之一。电化学电容器虽然具有较高的功率密度，但其能量密度较低，限制了其进一步发展。为了提高电化学电容器的能量密度，研究人员对其电极材料进行了研究，发现可以将两种不同电化学机理的电极材料进行匹配，形成非对称电容器，大大提高其能量密度。现有技术公开了使用碳纳米管作为负极材料的技术，该技术提高了电池的充放电容量和循环稳定性，但是碳纳米管的首次充放电效率较低，不能很好的提高电容器的能量密度。研究发现，将碳纳米管与石墨混合形成复合碳负极材料，可以克服碳纳米管单独作为负极材料的缺点，其中较小的碳纳米材料填充较大的石墨颗粒孔隙，可形成良好的导电网络，但是碳纳米管的表面活性较高，与石墨制备复合电极材料时不易均匀分散，影响了材料的进一步应用。还有研究人员将锂复合材料作为负极材料，锂复合材料的引入使得这类非对称电容器的能量密度大大提高。然而锂作为自然界中的一种稀有金属，其含量是有限的，因此这类电容器的成本很高。研究人员还公布了采用钛酸钠作为负极材料的技术，该技术采用中性钠盐有机溶液作为电解液，由于钠离子尺寸较大，因此其嵌入和脱出过程较慢，影响了电容器能量密度的进一步提高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种电化学电容器，具有较高的功率密度和能量密度以及较好的循环寿命。本专利技术提供了一种电化学电容器，包括正极、负极、电解液和隔膜，所述电解液为钠盐和锂盐的混合电解液，所述负极材料选自钛酸钠纳米管或钛酸钠纳米管/碳复合材料中的任意一种。优选的，所述钛酸钠纳米管/碳复合材料按照以下方法制备将钛酸钠纳米管和碳源化合物在氢氧化钠溶液中混合反应后，焙烧得到钛酸钠纳米管/碳复合材料。优选的，所述钛酸钠纳米管和碳源化合物的质量比为I :0. 5 2。优选的，所述碳源化合物选自葡萄糖、蔗糖、柠檬酸或维生素C中的任意一种或几种。优选的，所述焙烧的温度为400°c ^goo0C，焙烧的时间为4tT5h。优选的，所述混合电解液中，钠离子和锂离子的总浓度为O. 5mol/n. 5mol/L。优选的，所述混合电解液中，钠离子和锂离子的摩尔比为(8 1) :(f 8)。优选的，所述钠盐选自四氟硼酸钠、六氟磷酸钠和高氯酸钠中的任意一种或几种。优选的，所述锂盐选自四氟硼酸锂、六氟磷酸锂和高氯酸锂中的任意一种或几种。优选的，所述电解液的溶剂选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯中的一种或几种。本专利技术提供的电化学电容器，其电解液为钠盐和锂盐的混合电解液，负极材料采用钛酸钠纳米管或钛酸钠纳米管/碳复合材料，其中，锂盐和钠盐混合作为电解液，同时以钛酸钠纳米管或钛酸钠纳米管/碳复合材料作为负极材料，不仅降低了电容器的成本，并·且有利于离子的扩散，便于离子快速的嵌入和脱出，从而使电化学电容器具有较高的能量密度和功率密度。同时，本专利技术提供的电化学电容器，在充放电过程中仅发生离子的嵌入和脱出，没有发生其它化学反应，电极结构并没有发生变化，因此具有较好的循环寿命。实验表明，本专利技术提供的电化学电容器，在Of 4V的工作电压下，首次放电比容量为60mAh/gl00mAh/g,以钛酸钠纳米管为负极材料制备的电容器,在OV 3V的工作电压下，循环1000次后,其比容量为85%左右，以钛酸钠纳米管/碳复合材料为负极材料制备的电容器，在0V 3. 5V的工作电压下，循环100次后，其比容量为95%左右。附图说明图I是本专利技术实施例制备的钛酸钠纳米管和钛酸钠纳米管/碳复合材料的X射线衍射图；图2是本专利技术实施例8制备的钛酸钠纳米管的透射电镜图；图3是本专利技术实施例9制备的钛酸钠纳米管/碳复合材料的透射电镜图；图4是本专利技术实施例1(Γ16制备的电池在0V 4V的工作电压下的单电极比容量曲线图；图5是本专利技术实施例1(Γ16制备的电池在OVlV的工作电压，O. 083A/g的电流密度下充放电时对应的能量密度曲线；图6是本专利技术实施例1(Γ16制备的电池在OVlV的工作电压，O. 083A/g的电流密度下充放电时对应的功率密度曲线；图7是本专利技术实施例17 23制备的电池在OV 3V的工作电压下的单电极比容量曲线图；图8是本专利技术实施例17 23制备的电池在OV 3V的工作电压下的循环曲线图；图9是本专利技术实施例17 23制备的电池在OV 3V的工作电压，O. 167A/g的电流密度下充放电时对应的能量密度曲线；图10是本专利技术实施例17 23制备的电池在O疒3V的工作电压，O. 167A/g的电流密度下充放电时对应的功率密度曲线；图11是本专利技术实施例及比较例制备的电池在0V 3. 5V的工作电压下，O. 083A/g的电流密度下的循环曲线图。具体实施例方式本专利技术提供了一种电化学电容器，包括正极、负极、电解液和隔膜，其中所述电解液为钠盐和锂盐的混合电解液，所述负极材料选自钛酸钠纳米管或钛酸钠纳米管/碳复合材料中的任意一种。本专利技术提供的电化学电容器，其电解液为钠盐和锂盐的混合电解液，负极材料采用钛酸钠纳米管或钛酸钠纳米管/碳复合材料，其中，锂盐和钠盐混合作为电解液，同时以钛酸钠纳米管或钛酸钠纳米管/碳复合材料作为负极材料，不仅降低了电容器的成本，并且更有利于离子的扩散，便于离子快速的嵌入和脱出，从而使电化学电容器具有较高的能量密度和功率密度。本专利技术提供的电容器，包括正极、负极、电解液和隔膜，本专利技术对所提供的电容器的结构没有特殊要求，可以为本领域技术人员熟知的结构，包括正极、负极和介于正负极之间的隔膜，隔膜和正负电极均浸于所述混合电解液中。 本专利技术对所述电化学电容器的正极材料没有特殊要求，可以为本领域技术人员熟知的正极材料，优选为石墨或活性炭。本专利技术对所述电化学电容器正负极之间的隔膜材料并无特殊要求，可以为本领域技术人员熟知的隔膜材料，优选为玻璃纤维。本专利技术提供的电化学电容器，其电解液为钠盐和锂盐的混合电解液。所述钠盐优选为中性钠盐，更优选为四氟硼酸钠、六氟磷酸钠和高氯酸钠中的任意一种或几种。所述锂盐优选为中性锂盐，更优选为四氟硼酸锂、六氟磷酸锂和高氯酸锂中的任意一种或几种。上述的锂盐和钠盐在有机溶液中均具有较大的溶解度，并且比较稳定，使得电解液中离子浓度较大，从而能够为电解液提供较多的自由离子，最终有利于提高电化学电容器的性能。本专利技术所述的钠盐和锂盐的混合电解液中，钠离子和锂离子的离子总浓度优选为O. 5mol/L^l. 5mol/L，更优选为O. 5mol/L^l. 2mol/L。所述钠盐和锂盐的浓度不能过高，过高的浓度会导致电解液的粘度增加，不利于离子快速迁移至电极表面发生嵌入和脱出反应。本专利技术中，所述钠盐和锂盐的混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学电容器，包括：正极、负极、电解液和隔膜，其特征在于，所述电解液为钠盐和锂盐的混合电解液，所述负极材料选自钛酸钠纳米管或钛酸钠纳米管/碳复合材料中的任意一种。

【技术特征摘要】
1.一种电化学电容器，包括正极、负极、电解液和隔膜，其特征在于，所述电解液为钠盐和锂盐的混合电解液，所述负极材料选自钛酸钠纳米管或钛酸钠纳米管/碳复合材料中的任意一种。2.根据权利要求I所述的电化学电容器，其特征在于，所述钛酸钠纳米管/碳复合材料按 照以下方法制备将钛酸钠纳米管和碳源化合物在氢氧化钠溶液中混合反应后，焙烧得到钛酸钠纳米管/碳复合材料。3.根据权利要求2所述的电化学电容器，其特征在于，所述钛酸钠纳米管和碳源化合物的质量比为I :0. 5 2。4.根据权利要求2所述的电化学电容器，其特征在于，所述碳源化合物选自葡萄糖、蔗糖、柠檬酸或维生素C中的任意一种或几种。5.根据权利要求2所述的电化学电容器，其特征在于，所述焙烧的温度为4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏宇，赵立平，殷娇，齐力，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：