[發(fā)明專利]金屬箔材用作釔離子混合超級電容器負(fù)極、釔離子混合超級電容器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711440151.9
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN109961964A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐永炳;周小燕;王蒙
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳中科瑞能實(shí)業(yè)有限公司
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/32;H01G11/62;H01G11/84;H01G11/86
• 代理公司: 北京超凡志成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11371
• 代理人: 吳嘯寰

本發(fā)明屬于電化學(xué)儲能器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及金屬箔材用作釔離子混合超級電容器負(fù)極、釔離子混合超級電容器及其制備方法。本發(fā)明的釔離子混合超級電容器，包括正極、負(fù)極、介于正極和負(fù)極之間的隔膜以及電解液；正極包括正極集流體和正極材料，正極材料的活性物質(zhì)為能夠可逆地吸附、脫附電解液中陰離子的碳素材料；負(fù)極為能夠與釔離子合金化的金屬、金屬合金或金屬復(fù)合物；電解液包括釔鹽和非水溶劑。以釔離子為活性載流子，在此體系下采用可以和釔發(fā)生合金化反應(yīng)的金屬材料同時(shí)作為負(fù)極活性物質(zhì)和集流體，采用碳素材料作為正極活性物質(zhì)，得到的混合超級電容器結(jié)合了釔離子電池高能量密度及超級電容器高功率密度的優(yōu)點(diǎn)，簡化生產(chǎn)工藝，降低成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)儲能器件技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種金屬箔材用作釔離子混合超級電容器負(fù)極、釔離子混合超級電容器及其制備方法。

背景技術(shù)

混合超級電容器是一種結(jié)合了二次電池高能量密度以及電容器高功率密度、長循環(huán)壽命及其優(yōu)異快充性能的新型儲能系統(tǒng)，其包括一個(gè)電容器電極、一個(gè)二次電池電極、有機(jī)電解液以及隔膜，得益于電池及電容器雙方電極的作用，混合超級電容器繼承了超級電容器功率密度高、循環(huán)壽命長、能量密度高的優(yōu)點(diǎn)。由于二次電池活性材料比容量高、有機(jī)電解液電壓窗口寬等優(yōu)點(diǎn)，所以相較于常規(guī)超級電容器，混合超級電容器擁有更高的能量密度。

目前，混合超級電容器通?；阡囯x子，并有兩種構(gòu)型，一種采用鋰離子電池正極(如鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元等)材料，大比表面積的活性炭和介孔碳等電容器負(fù)極材料；另一種采用鋰離子電池負(fù)極材料(如Li₂TiO₃、石墨等)，具有大比表面積的活性炭或者介孔碳等電容器正極材料。這兩種結(jié)構(gòu)的超級電容器在制備過程中都涉及正負(fù)極活性物質(zhì)的混料、涂布、輥壓等步驟，制備過程繁瑣，人工、設(shè)備投入大，同時(shí)不可避免的使用含鋰材料，而鋰具有自然豐度低及高度活潑的特點(diǎn)，使得上述混合超級電容器造價(jià)高昂且安全性能差。

為了提高電容器的能量密度，有些研究或廠商選擇對超級電容器的負(fù)極進(jìn)行改進(jìn)，例如通過采用Li₄Ti₅O₁₂、石墨類材料、金屬氧化物等作為鋰離子混合超級電容器負(fù)極。其中采用鈦酸鋰以及金屬氧化物作為負(fù)極活性物質(zhì)，會遇到生產(chǎn)工藝復(fù)雜、對環(huán)境污染嚴(yán)重、生產(chǎn)成本高昂的缺點(diǎn)；而采用石墨類材料作為負(fù)極材料，雖然其制備成本低、儲量大，但是石墨的比容量低、壓實(shí)小，限制了混合超級電容器能量密度的提升。

目前基于鋰離子的混合超級電容器已不能滿足當(dāng)前對電容器的需求，其在制造成本、安全性和電容器本身能量密度、容量等性能上的改進(jìn)程度有限。此外，由于鋰在地球上的含量有限且價(jià)格高昂，因此開發(fā)基于其他離子的儲能器件具有重要意義。

鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一目的在于提供一種能夠與釔離子合金化/去合金化作用的金屬箔材同時(shí)作為負(fù)極活性材料和負(fù)極集流體在釔離子混合超級電容器中的應(yīng)用，直接將金屬箔材用作釔離子超級電容器的負(fù)極，充當(dāng)負(fù)極活性材料和負(fù)極集流體雙重作用，不僅簡化了負(fù)極結(jié)構(gòu)，減輕了電容器自重，還提高了電容器的能量密度和容量密度。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡化、安全性能好、制造成本低、使用壽命長、同時(shí)具有高能量密度和高功率密度的釔離子混合超級電容器。

本發(fā)明的第三目的在于提供一種操作簡便，條件溫和，生產(chǎn)成本低，效率高的釔離子混合超級電容器的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種能夠與釔離子合金化/ 去合金化作用的金屬箔材同時(shí)作為負(fù)極活性材料和負(fù)極集流體在釔離子混合超級電容器中的應(yīng)用，釔離子存在于釔離子混合超級電容器的電解液中。

作為進(jìn)一步優(yōu)選技術(shù)方案，所述金屬箔材為錫、鋁、銅、鐵、鋅、鎳、鈦、錳、鎂、銻、釔、鋰、鈉或鉀中任意一種的金屬；