[发明专利]钙离子混合超级电容器及其制备方法

说明书

本发明属于电化学储能器件技术领域，涉及一种钙离子混合超级电容器及其制备方法。本发明的钙离子混合超级电容器，包括正极、负极、介于正极和负极之间的隔膜以及电解液；正极包括正极集流体和正极活性材料，正极活性材料为能够可逆地嵌入、脱嵌电解液中阴离子的层状材料；负极包括负极集流体和负极活性材料，负极活性材料为能够可逆地吸附、脱附电解液中钙离子的多孔碳材料；电解液包括钙盐和非水溶剂。本发明所包含正负极材料均储量丰富、价格低廉、易于获得、且环境友好；以钙离子为活性载流子，相对于锂离子，每摩尔钙离子可以提供两倍的电量；得到的超级电容器结合了钙离子电池高能量密度及超级电容器高功率密度的优点。

技术领域

本发明涉及电化学储能器件技术领域，具体而言，涉及一种钙离子混合超级电容器及其制备方法。

背景技术

混合超级电容器是一种结合了二次电池高能量密度以及电容器高功率密度、长循环寿命及其优异快充性能的新型储能系统，其包括一个电容器电极、一个二次电池电极、有机电解液以及隔膜，得益于电池及电容器双方电极的作用，混合超级电容器继承了超级电容器功率密度高、循环寿命长、能量密度高的优点。

目前，混合超级电容器通常基于锂离子，并有两种构型，一种采用锂离子电池正极(如钴酸锂、磷酸铁锂、三元等)材料，大比表面积的活性炭和介孔碳等电容器负极材料；另一种采用锂离子电池负极材料(如Li₂TiO₃、石墨等)，具有大比表面积的活性炭或者介孔碳等电容器正极材料。这两种结构的超级电容器在制备过程中都涉及正负极活性物质的混料、涂布、辊压等步骤，制备过程繁琐，人工、设备投入大，同时不可避免的使用含锂材料，而锂具有自然丰度低及高度活泼的特点，使得上述混合超级电容器造价高昂且安全性能差。

例如，公开号为CN1632893A的专利公开了一种超级电容器，其以高比表面积的活性炭或者介孔碳为正极，Li_8x/(x+4)Ti_8/(x+4)O₄或一元或多元其他金属元素掺杂的化合物为负极。公开号为CN103227056A的专利公开了一种锂离子电容器，其以磷酸铁锂和石墨的混合材料为正极(锂离子电池正极)，石墨和活性炭的混合材料为负极(超级电容器负极)。以上两个专利中的超级电容器都是以锂离子为活性载流子，相比于高价的阳离子所提供的电量较低，同时不可避免的使用含锂材料，导致价格昂贵且安全性能差。

总之，目前基于锂离子的混合超级电容器已不能满足当前对电容器的需求，其在制造成本、安全性和电容器本身能量密度、容量等性能上的改进程度有限。因此，开发一种能量密度高、制造成本低、安全、高效的新型混合超级电容器势在必行。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种结构简化、安全性能好、制造成本低、同时具有高能量密度和高功率密度的钙离子混合超级电容器。

本发明的第二目的在于提供一种操作简便、条件温和、成本低，效率高的钙离子混合超级电容器的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

根据本发明的一个方面，本发明提供一种钙离子混合超级电容器，包括正极、负极、介于正极和负极之间的隔膜以及电解液；

所述正极包括正极集流体和正极活性材料，所述正极活性材料为能够可逆地嵌入、脱嵌电解液中阴离子的层状材料；

所述负极包括负极集流体和负极活性材料，所述负极活性材料为能够可逆地吸附、脱附电解液中钙离子的多孔碳材料；

所述电解液包括钙盐和非水溶剂。