[发明专利]一种用于超级电容器的负极片和超级电容器

说明书

本申请公开了一种用于超级电容器的负极片和超级电容器。本申请的负极片，包括集流体和附着在集流体上的负极活性材料、导电剂和粘结剂；负极活性材料为磷酸钛钠，或磷酸钛钠与双电层储能材料的混合物。本申请的负极片及超级电容器，采用磷酸钛钠或磷酸钛钠与双电层储能材料混合物作负极活性材料，采用双电层储能材料作正极活性材料，不仅可快速充放电、循环寿命长、能量密度高、安全环保，而且材料价格低廉、资源丰富。本申请的超级电容器，电容区间在0～2.0V，负极磷酸钛钠不需预先嵌钠或锂处理就可直接用作负极，超级电容器能量密度最高达50Wh/kg，功率密度大于6000W/kg，特别适用于电动汽车、电动工具、储能等领域。

技术领域

本申请涉及超级电容器领域，特别是涉及一种用于超级电容器的负极片和超级电容器。

背景技术

超级电容器是一种介于传统电容器与电池之间的电化学储能器件，它相比传统的电容器有着更高的能量密度，相比电池有着更高的功率密度和超长的循环寿命，因此它结合了传统电容器与电池的优点，是一种应用前景广阔的化学电源。

超级电容器按照储能原理可以分为三类：双电层电容器、法拉第准电容超级电容器和混合型超级电容器。在化学电源中，混合型超级电容器是一种介于对称超级电容器和电池之间的储能器件，能够在大电流下放电，并能提供较高的能量。超级电容器按照采用的电解液类型分为有机和水溶液体系两种类型，即采用的电解液为有机电解液和水溶液电解液。如今商业化的有机超级电容器一般有对称型的C-C结构超级电容器，电解液采用铵盐和高电导率的有机溶剂，如乙腈；这种电容器的功率密度很高，能达到6000W/kg，但其能量密度较低，只能达到3-5Wh/kg；另一种非对称型的混合超级电容器，一极采用可以脱嵌锂离子的电池材料，如锰酸锂、钛酸锂、石墨等，另一极采用活性炭，电解液采用含锂离子的有机电解液，该混合型超级电容器的比能量一般能达到C-C型对称电容器的2～3倍左右，同时保持着较高的功率密度，实际应用意义更大。

近年来，有机混合型超级电容器的研究不断增多，大部分都是基于锂离子型的混合超级电容器。在申请号为200510110461.5的专利中正极采用LiMn_2-XM_xO₄，负极采用活性炭，该超级电容器的比能量，基于正负极活性物质总质量计算最高可达50Wh/kg。在申请号为201511008955.2的专利中正极采用双电层储能材料，负极采用钛酸锂，能量密度能达到15-25Wh/kg，功率密度能达到12000W/kg。在申请号为200710035205.3的专利中提出了一种超级电容电池，将锂离子嵌入化合物和多孔碳混合物作为正极，多孔碳和石墨混合物作为负极，提出了一种超级电容电池。

锂离子型储能器件虽然研究很多发展也迅速，但是锂资源有限，锂在地壳中的含量约为0.0065％，据美国地质调查所2015年的最新数据，世界已查明的锂资源量约为3950万吨，储量约1350万吨。随着锂离子型的储能器件的快速发展和应用，未来对锂的需求将更大，面临的挑战也越大。

发明内容

本申请的目的是提供一种新的用于超级电容器的负极片及超级电容器。

本申请采用了以下技术方案：

本申请一方面公开了一种用于超级电容器的负极片，该负极片包括集流体和附着在集流体上的负极活性材料、导电剂和粘结剂；负极活性材料为磷酸钛钠，或磷酸钛钠与双电层储能材料的混合物。

本申请的负极片采用磷酸钛钠或磷酸钛钠与双电层储能材料的混合物作为活性材料，不仅比容量高、功率特性好，而且资源丰富、价格低廉、且环保安全。为制备循环寿命长、能量密度高，且安全环保的超级电容器奠定了基础。可以理解，本申请的关键在于采用磷酸钛钠或磷酸钛钠与双电层储能材料的混合物作为活性材料，至于集流体、导电剂和粘结剂可以采用负极片常规使用的材料，在此不做具体限定。但是，本申请的优选方案中，为了达到理想的效果，对集流体、导电剂和粘结剂等分别进行了限定。