[發明專利]一種平面鈉離子電容器及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201911269501.9
• 申請日: 2019-12-11
• 公開（公告）號: CN111223670A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 吳忠帥;鄭雙好
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01G11/06
• 分類號: H01G11/06;H01G11/22;H01G11/26;H01G11/28;H01G11/56;H01G11/84
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 張瑩;田華

本申請提供了一種平面鈉離子電容器，包括：集流體；在集流體上共面設置的正極和負極；和電解液，所述電解液為凝膠電解液；其中，所述正極和負極間隔開。本申請還提供了一種平面鈉離子電容器的制備方法和應用。本申請提供的平面鈉離子電容器其正負極在柔性基底上空間隔開，無需隔膜，具有優異的柔性，制備過程簡單，可大規模制備，制備得到的鈉離子電容器柔性好，可與便攜化、柔性化、可穿戴電子器件集成。

技術領域

本申請涉及一種平面鈉離子電容器及其制備方法和應用，屬于儲能領域。

背景技術

柔性化和可穿戴化消費電子產品的發展，刺激了人們對具有高能量密和高功率密度的新型儲能器件的需求。已商業化的電池，例如鋰離子電池和鉛酸電池，往往具有高的能量密度，而受制于低的功率密度；超級電容器具有高的功率密度，但能量密度低。金屬離子電容器(鋰離子電容、鈉離子電容器和鋁離子電容器)同時結合了電池材料和電容器材料的優勢，可同時獲得高能量密度和高功率密度。因此，金屬離子電容器被認為是一種有前景的新儲能器件。

鋰離子儲能器件(鋰離子電池和鋰離子電容器)由于金屬鋰在地殼中低的儲量和高成本的問題，難以滿足日益增長的儲能和用能的巨大需求。由于鈉儲量豐富、成本低廉且與鋰相似的性質，鈉離子儲能器件(鈉離子電池和鈉離子電容器)有望成為下一代新型儲能器件。

目前鈉離子電容器的構型為傳統堆疊型，即由集流體/正極/隔膜/負極/集流體的形式堆疊構成。這種結構形式的堆疊型鈉離子電容器結構形式涉及到兩個基底，集流體和電極材料未能融于一體。平面型儲能器件是指在一個基底上構筑平面結構的集流體、電極和電解液。但是平面型鈉離子電容器并沒有得到開發。

發明內容

根據本申請的一個方面，提供了一種平面鈉離子電容器，其正極和負極在柔性基底上空間隔開，無需隔膜，具有優異的柔性。

所述平面鈉離子電容器，其特征在于，包括：集流體；在集流體上共面設置的正極和負極；和電解液，所述電解液為凝膠電解液；其中，所述正極和負極間隔開。

可選地，所述集流體設置在柔性基底上；所述柔性基底的材料選自聚四氟乙烯濾膜、聚偏氟乙烯濾膜、聚丙烯濾膜或尼龍濾膜中的一種。

可選地，所述正極的電容材料包括活性炭、碳納米管、石墨烯或活化石墨烯中的一種或多種的組合；所述負極的電池材料包括鈦酸鈉、氧化鈦、五氧化二鈮、石墨、硬碳、預嵌鈉石墨或預嵌鈉硬碳中的一種或多種的組合；所述集流體的集流體材料包括石墨烯、碳納米管、膨脹石墨、銅納米線、鎳納米線中的一種或多種的組合。

可選地，所述平面鈉離子電容器的幾何構型選自交叉指型、線形或同心圓型中的至少一種。

可選地，所述凝膠電解液包括鈉鹽、溶劑和聚合物；其中，所述鈉鹽在所述凝膠電解液中的質量分數為5-25％；所述溶劑在所述凝膠電解液中的質量分數為60-93％；所述聚合物在所述凝膠電解液中的質量分數為2-15％。

可選地，所述鈉鹽選自高氯酸鈉、四氟硼酸鈉或雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鈉鹽中的至少一種；所述溶劑選自碳酸乙酯、碳酸二甲酯、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、N-丁基-N-甲基吡咯烷雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽中的至少一種；所述聚合物包括(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)共聚物。

根據本申請的另一方面，還提供了一種上述平面鈉離子電容器的制備方法，包括：1)利用掩模板形成集流體；2)利用所述掩模板在集流體上形成共面的正極和負極；其中，所述正極和所述負極彼此間隔開；3)在所述正極和所述負極上涂敷電解液，封裝，得到所述平面鈉離子電容器。

可選地，步驟1)包括：利用基底上的掩模板抽濾集流體分散液，在基底表面形成導電層，得到所述集流體。

可選地，所述掩模板的幾何構型選自交叉指型、線形或同心圓型中的至少一種。