[发明专利]金属导电材料用作镁离子混合超级电容器负极和镁离子混合超级电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属导电材料用作镁离子混合超级电容器负极和镁离子混合超级电容器及其制备方法，涉及电化学储能器件领域。镁离子混合超级电容器包括负极、正极、隔膜和电解液；负极为能够可逆地沉积溶解镁离子或能够与镁离子合金化的金属、金属合金或金属复合物；正极材料的活性物质为能够可逆地吸附、脱附电解液中阴离子的碳材料。本发明缓解了目前的锂离子混合超级电容器成本高、超级电容器不能兼具高容量和高能量密度的缺点。本发明基于镁离子的混合超级电容器，节省了一个部件的体积和重量，能够降低超级电容器的重量和体积，提高其能量密度；且负极所发生的电化学反应的反应主体为镁离子，镁离子带有两个电荷，提高了超级电容器的容量。

技术领域

本发明涉及电化学储能器件技术领域，具体而言，涉及一种金属导电材料用作镁离子混合超级电容器负极和镁离子混合超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器是介于传统电容器和二次电池之间的一种新型储能装置，其容量可以达到几百甚至上千法拉。与传统电容器相比，它具有较高的能量密度、较大的容量、较宽的工作温度范围和更好的使用寿命；与二次电池相比，它又具有较高的功率密度和较长的循环寿命，且对环境无污染。由于其优异的能量密度、功率密度和循环使用寿命，超级电容器广泛应用于电子玩具、信息产品、家用电器、电动工具、电动汽车、武器装备、航空航天、电力储能等领域。

超级电容器可分为对称型和非对称型，其中正负极材料的电化学储能机理相同或相近的为对称型超级电容器。为了进一步提高超级电容器的能量密度，近年来开发了一种新型的电容器-非对称型电容器，即混合超级电容器。在混合型超级电容器中，一极采用双电层电容型电极来储存能量，另一极采用传统的电池电极并通过电化学反应来储存和转化能量。电池电极具有高的能量密度，同时两种不同的电极结合起来会产生更高的工作电压，因此混合超级电容器的能量密度远大于双电层电容器，是目前电容器研究的热点。

目前的混合超级电容器主要采用锂盐电解液通过锂离子的迁移来实现电荷的吸附(或存储)和释放。但是锂离子混合超级电容器面临着锂资源储量有限、成本高以及超级电容器不能兼具高容量和高能量密度的缺点。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能够可逆地沉积溶解电解液中镁离子或能够与电解液中镁离子合金化的金属、合金或金属复合物同时作为负极活性材料和负极集流体在镁离子混合超级电容器中的应用，直接将能够可逆地沉积溶解镁离子或能够与镁离子合金化的金属、合金或金属复合物用作镁离子混合超级电容器的负极，充当负极活性材料和负极集流体双重作用，不仅简化了负极结构，而且能够获得更高的能量密度。

本发明的目的之二在于提供一种镁离子混合超级电容器，该混合超级电容器采用含有镁离子的有机溶剂作为电解液，负极采用可以沉积溶解镁或可以和镁发生合金化反应的金属材料，同时作为负极活性材料和集流体，通过金属材料和镁的沉积、溶解或合金化反应能够提供更高的容量和更高的能量密度；正极采用能够可逆地吸附、脱附电解液中阴离子的碳材料作为活性材料，通过对阴离子的吸、脱附实现存储能量，使得该混合超级电容器兼具二次电池高能量密度及电容器高功率密度以及低成本的特点。

本发明的目的之三在于提供一种镁离子混合超级电容器的制备方法，利用上述负极、电解液、隔膜、正极进行镁离子超级电容器的组装，制备方法简单。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种能够可逆地沉积溶解镁离子或能够与镁离子合金化的金属、合金或金属复合物同时作为负极活性材料和负极集流体在镁离子混合超级电容器中的应用，镁离子存在于混合超级电容器的电解液中。

优选地，在本发明技术方案的基础上，所述金属为镁；所述合金为镁合金；所述金属复合物为镁基复合物。