一種正極材料和超級(jí)電容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電容器領(lǐng)域，尤其涉及一種正極材料和超級(jí)電容器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)、電子產(chǎn)品、車用能源等領(lǐng)域中新技術(shù)的迅速產(chǎn)生和發(fā)展，人們更加關(guān)注新穎的超級(jí)電容器的研究與開(kāi)發(fā)。超級(jí)電容器(也稱作電化學(xué)電容器)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種能夠大容量存儲(chǔ)電能，并且具有大功率放電特性的電容器，是一種介于電容器與電池之間的新型儲(chǔ)能器件。
[0003]超級(jí)電容器按照其儲(chǔ)能原理可分為兩類:雙電層電容器和贗電容器。雙層電容器的基本原理是利用電極和電解質(zhì)之間形成的界面雙電層來(lái)存儲(chǔ)能量的一種電子元件。當(dāng)電極和電解質(zhì)接觸時(shí)，由于庫(kù)侖力、分子間力或原子間力的作用，使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定的、符號(hào)相反的雙層電荷，稱為界面雙電層。贗電容也稱為法拉第準(zhǔn)電容，是在電極表面或體相中的二維或準(zhǔn)二維空間上，電活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸附/脫附或氧化/還原反應(yīng)，產(chǎn)生和電極充電電位有關(guān)的電容。
[0004]超級(jí)電容器與傳統(tǒng)電容器不同，它通過(guò)電極和電解液之間的界面或電極表面或內(nèi)部的可逆的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行電荷存儲(chǔ)，也正因?yàn)榇?，超?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次。然而，同電池相比，超級(jí)電容器存在著比能量低的缺點(diǎn)，從而影響其在新能源汽車、能量回收、新能源儲(chǔ)能等要求能量密度高的領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種正極材料和超級(jí)電容器，本發(fā)明提供的超級(jí)電池容器具有較高的比能量。
[0006]本發(fā)明提供了一種超級(jí)電容器，包括正極、負(fù)極、電解液和介于正極與負(fù)極之間的隔膜；
[0007]所述正極包括正極材料，所述正極材料包括電容型活性材料和嵌金屬離子材料；
[0008]所述電容型活性材料包括無(wú)定型Μη02、α -Μη02、β _Μη02、γ _Μη02、Na4Mn14026.9Η20和 NaxMn02.yH20 中的一種或多種；0〈x ^ 1, 0 ^ y ^ 3 ；
[0009]所述嵌金屬離子材料包括尖晶石型二氧化猛、λ _Mn02、LiMn204、LiCoO；^Na2FeP04F中的一種或多種。
[0010]優(yōu)選的，所述電容型活性材料和嵌金屬離子材料的質(zhì)量比為(5?20): (50?100)。
[0011]優(yōu)選的，所述負(fù)極包括負(fù)極活性材料，所述負(fù)極活性材料包括活性炭、石墨烯、碳納米管、V02、LiV30s、TiP207、LiTi2(P04)3和 NaTi 2(P04)3中的一種或多種。
[0012]優(yōu)選的，所述電容型活性材料和嵌金屬離子材料的總質(zhì)量與所述負(fù)極活性材料的質(zhì)量比為1:(0.5?2.5)。
[0013]優(yōu)選的，所述電解液中含有Na+、K+和Li +中的一種或多種；所述電解液的溶劑為水。
[0014]優(yōu)選的，所述正極和負(fù)極分別還包括粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑。
[0015]優(yōu)選的，正極中，所述電容型活性材料和嵌金屬離子材料的總質(zhì)量與導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(60?95): (2?30): (3?10)。
[0016]優(yōu)選的，負(fù)極中，所述負(fù)極活性材料與導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(80?97):(1 ?10): (2 ?10)。
[0017]優(yōu)選的，所述正極和負(fù)極中粘結(jié)劑包括聚四氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、聚偏氟乙烯、苯乙烯-丁二烯橡膠、丁苯橡膠和丁腈橡膠中的一種或多種；所述正極和負(fù)極中導(dǎo)電劑包括炭黑和/或石墨烯。
[0018]本發(fā)明提供了一種正極材料，包括電容型活性材料和嵌金屬離子材料；
[0019]所述電容型活性材料包括無(wú)定型Μη02、α -Μη02、β _Μη02、γ _Μη02、Na4Mn14026.9Η20和 NaxMn02.yH20 中的一種或多種；0〈x ^ 1, 0 ^ y ^ 3 ；
[0020]所述嵌金屬離子材料包括尖晶石型二氧化猛、λ -Mn02、LiMn204、LiCoO；^Na2FeP04F中的一種或多種。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種正極材料和超級(jí)電容器。本發(fā)明提供的超級(jí)電容器包括正極、負(fù)極、電解液和介于正極與負(fù)極之間的隔膜；所述正極包括正極材料，所述正極材料包括電容型活性材料和嵌金屬離子材料；所述電容型活性材料包括無(wú)定型 Μη02、α -Μη02、β -Μη02、γ -Μη02、Na4Mn14026.9Η20 和 NaxMn02.yH20 中的一種或多種；0〈x彡1，0彡y彡3 ;所述嵌金屬離子材料包括尖晶石型二氧化猛、λ-Mn02、LiMn204、LiCo02和Na2FeP04F中的一種或多種。本發(fā)明提供的超級(jí)電容器包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液。其中，所述正極包括電容型活性材料和嵌金屬離子材料。由于本發(fā)明超級(jí)電容器的正極中含有電容型活性材料和嵌金屬離子材料，使本發(fā)明提供的超級(jí)電容具有較高的比能量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的超級(jí)電容器的比能量可以高達(dá)45.3Wh/kg，對(duì)應(yīng)的比功率為19.8W/kg0
【附圖說(shuō)明】
[0022]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其它的附圖。
[0023]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的電容器的充放電曲線圖；
[0024]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1提供的電容器的充放電循環(huán)穩(wěn)定性曲線圖；
[0025]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1提供的電容器的比能量-比功率關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0027]本發(fā)明提供了一種超級(jí)電容器，包括正極、負(fù)極、電解液和介于正極與負(fù)極之間的隔膜；
[0028]所述正極包括正極材料，所述正極材料包括電容型活性材料和嵌金屬離子材料；
[0029]所述電容型活性材料包括無(wú)定型Μη02、α -Μη02、β _Μη02、γ _Μη02、Na4Mn14026.9Η20和 NaxMn02.yH20 中的一種或多種；0〈x ^ 1, 0 ^ y ^ 3 ；
[0030]所述嵌金屬離子材料包括尖晶石型二氧化猛、λ -Mn02、LiMn204、LiCoO；^Na2FeP04F中的一種或多種。
[0031]本發(fā)明提供的的超級(jí)電容器包括正極，所述正極包括正極材料，所述正極材料包括電容型活性材料和嵌金屬離子材料。
[0032]在本發(fā)明中，所述電容型活性材料包括無(wú)定型Μη02、α -Μη02、β _Μη02、γ _Μη02、Na4Mn14026.9Η20 和 NaxMn02.yH20 中的一種或多種。其中，在 NaxMn02.yH20中，0〈x ^ 1,0 ^ y ^ 3o在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，所述NaxMn02.yH20具體為Na0.55Mn02.1.5H20、NaMn02.H20、NaQ.44Mn02S NaMnO 2。在本發(fā)明中，所述電容型活性材料的作用為在電極和電解液的界面上形成雙電層，提升超級(jí)電容器的功率特性。本發(fā)明對(duì)所述電容型活性材料的來(lái)源沒(méi)有特別限定，采用市售商品即可。
[0033]在本發(fā)明中，所述嵌金屬離子材料包括尖晶石型二氧化錳、λ-Μη02、LiMn204、LiCo0jPNa2FeP04F中的一種或多種。在本發(fā)明中，所述嵌金屬離子材料的作用為改善金屬離子在電極中嵌入與脫出的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，提高超級(jí)電容器的儲(chǔ)能特性。本發(fā)明對(duì)所述嵌金屬離子材料的來(lái)源沒(méi)有特別限定，采用市售商品即可。
[0034]在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，正極中，所述電容型活性材料和嵌金屬離子材料的質(zhì)量比為(5?20):(50?100);在本發(fā)明提供的另一個(gè)實(shí)施例中，所述電容型活性材料和嵌金屬離子材料的質(zhì)量比為(10?15):(60?80);在本發(fā)明提供的其他實(shí)施例中，所述電容型活性材料和嵌金屬離子材料的質(zhì)量比為(10?15): (60?70)。
[0035]在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，所述正極除了包括電容型活性材料和嵌金屬離子材料之外，還包括粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑。在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，所述粘結(jié)劑包括聚四氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、聚偏氟乙烯、苯乙烯-丁二烯橡膠、丁苯橡膠和丁腈橡膠中的一種或多種。在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，所述導(dǎo)電劑包括炭黑和/或石墨烯。
[0036]在本發(fā)明提供的一個(gè)正極包括電容型活性材料、嵌金屬離子材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的實(shí)施例中，正極中，所述電容型活性材料和嵌金屬離子材料的總質(zhì)量與導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(60?95):(2?30):(3?10);在本發(fā)明提供的另一個(gè)實(shí)施例中，正極中，所述電容型活性材料和嵌金屬離子材料的總質(zhì)量與導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(70?
80): (8 ?12): (8 ?9) ο
[0037]在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，所述正極還包括集流體，所述集流體用于集流和負(fù)載組成正極的其它各組分。在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，所述集流體為泡沫鎳、沖孔鍍鎳鋼帶、鋼帶或不銹鋼網(wǎng)。在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，所述集流體的厚度為0.01?2mm ;在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，所述集流體的厚度為0.01?0.02mm。在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，所述正極為圓片狀的正極。在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中，所述圓片狀的正極的徑長(zhǎng)為10?15mm。在本發(fā)明提供的另一個(gè)實(shí)施例中，所述圓片狀的正極的徑長(zhǎng)為12 ?13mm0
[0038]本發(fā)明對(duì)所述超級(jí)電容器正極的制備方法沒(méi)有特別限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的正極制備方法進(jìn)行制