[发明专利]一种高效构筑钠离子电容器的预钠化方法

说明书

本发明公开了一种高效构筑钠离子电容器的预钠化方法。该方法是将有机钠盐和活性炭作为活性物质与粘结剂及导电剂通过涂布法涂布在金属集流体上制成复合正极；以锐钛矿TiO₂或多孔碳材料作为活性物质与粘结剂及导电剂通过涂布法涂布在金属集流体上制成负极；将复合正极和负极组装成钠离子电容器后，通过循环伏安法进行充放电循环，实现负极的预钠化。该方法利用有机钠盐作为正极活性物质构筑钠离子电容器通过电化学方法实现负极有效且安全的预钠化，获得电化学性能优异，循环稳定好的钠离子电容器，该方法相对现有的预钠化处理方法更加简单，便利，且操作环境不严苛，有利于工业化生产应用。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电容器负极预钠化方法，具体涉及一种通过构筑钠离子电容器对负极进行高效预钠化，获得电化学性能好、循环稳定性好的钠离子电容器的方法，属于电化学储能技术领域。

背景技术

新型离子电容器(锂离子电容器或者钠离子电容器)是由电池型负极和电容型正极组成，由于其高能量密度，高功率密度以及长循环稳定性的优势，在电动汽车，医疗设备，国家电网以及航天航空领域具有巨大的应用前景。然而，为了扩大新型离子电容器的电压窗口减小电解液中的电解液消化，将负极必须实施预嵌入离子处理。目前，商业化的锂离子电容器可以通过将稳定且钝化后的金属锂颗粒涂在负极石墨层表面，从而实现预锂化的过程。此方法得到的锂离子电容器有着较好且稳定的电化学性能。目前，由于钠离子拥有锂离子相类似的物理化学性质以及地壳中丰富的储存量，钠离子电容器受到了广泛地关注以及具有光明的商业化的前景。但是金属钠熔点低，质地柔软硬度低，现在的市场中没有技术能够生产出实验室用或者商业化用的金属钠片，特别是金属钠作为碱金属元素的一员，化学性质极其活泼，能与水反应生成氢气，从而造成了安全的隐患。目前还没有一种利用预钠化技术构筑钠离子电容器的有效方法。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种通过利用有机钠盐作为正极活性物质构筑钠离子电容器通过电化学方法实现负极有效且安全的预钠化，获得电化学性能好，循环稳定好的钠离子电容器的方法，该方法相对现有的预钠化处理方法更加简单，便利，且操作环境不严苛，有利于工业化生产应用。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种高效构筑钠离子电容器的预钠化方法，其包括以下步骤：

1)将有机钠盐和活性炭作为活性物质与粘结剂及导电剂通过涂布法涂布在金属集流体上制成复合正极；

2)以锐钛矿TiO₂或多孔碳材料作为活性物质与粘结剂及导电剂通过涂布法涂布在金属集流体上制成负极；

3)将复合正极和负极组装成钠离子电容器后，通过循环伏安法进行充放电循环，实现负极的预钠化。

优选的方案，所述有机钠盐包括玫瑰红酸钠、巴豆酸二钠、1,2-二羰基-3,4-二羟基-3-环丁烯二钠盐、四羟基苯醌二钠盐、四羟基苯醌四钠盐中至少一种。优选的有机钠盐是强极性有机钠盐，不易溶解在电解液溶剂中，而脱钠后形成的还原产物一般为中性有机物，且能很好地溶解在电解液溶剂中，从而可以保证钠离解及预钠化反应的顺利进行。另外，优选的有机钠盐有比较大的理论比容量(约250mAh g^-1)，且价格便宜，易制备。

优选的方案，所述复合正极中活性物质的质量百分比组成为：有机钠盐30％～70％；活性炭(商业化产品)70～30％。

优选的方案，所述负极中活性物质与粘结剂及导电剂的质量百分比组成为：活性物质为65～75％，导电剂为15～25％，粘结剂为5～15％。

优选的方案，所述复合正极中活性物质与粘结剂及导电剂的质量百分比组成为：活性物质为70～90％，导电剂为5～15％，粘结剂为5～15％。

较优选的方案，所述复合正极和负极中导电剂为导电炭黑(商业化产品)