[发明专利]铝离子混合超级电容器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铝离子混合超级电容器及其制备方法，涉及新能源电池领域，该铝离子混合超级电容器包括正极、负极以及介于正极与负极之间的隔膜和电解液；正极包括用于吸附和脱附阴离子的多孔碳材料；负极为用于沉积和溶解铝离子的含铝金属或含铝复合物材料；电解液为包含铝盐的溶液。利用该铝离子混合超级电容器能够缓解现有技术中电容器容量和能量密度较低，生产流程复杂，生产成本高的技术问题，达到了降低成本，节约工艺步骤，优化超级电容器性能的技术效果。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体指电池领域，尤其是涉及一种铝离子混合超级电容器及其制备方法。

背景技术

随着现代科技的发展，人们对能源的需求越来越大，寻找一种新型能源成为当今迫切的需要。二次电池是一种应用较为广泛的电化学器件，但是由于二次电池在充放电过程中发生的化学反应会对其造成不可逆的创伤，限制了它的使用寿命，而且容易造成环境污染，资源浪费严重。

超级电容器是一种新型储能器件，利用电极材料吸附电解液里的正负离子形成双电层结构进行储能，该储能过程是物理吸附/脱附过程，因此具有较长的循环寿命以及较高的充放电速度，且环境友好，可广泛应用于备用电源，高频率充放电，大功率输出等场合。

混合型电化学超级电容器是近年来被关注的储能元件，它具有比常规电容器能量密度大、比二次电池功率密度高的优点，而且可快速充放电，使用寿命长，是一种高效、实用的能量存储装置，因而有着广泛的应用前景，如便携式仪器设备、数据记忆存储系统、电动汽车电源及应急后备电源等，特别是在电动汽车上，超级电容器与电池联合，分别提供高功率和高能量，既减小了电源体积，又延长了电池的寿命。其中锂离子混合电容器得到广泛研究，但是锂资源的稀缺问题依旧难以解决，所以可替代的金属离子成为人们研究的热点，因为世界铝土矿已探明储量约为280亿吨，远远高于锂的储量，所以铝离子混合电容器具有价格低廉、环境友好、能量密度大、使用寿命长的优点。

目前的超级电容器材料主要以碳材料为正负极活性材料，但是目前这种超级电容器的容量和能量密度较低，负极活性材料还需要和粘结剂、导电剂等混合，并涂覆在金属箔集流体上，生产工艺较为繁琐，且负极活性材料与集流体之间容易脱落，降低了超级电容器的循环寿命，同时增加了生产流程的复杂性和生产成本。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种铝离子混合超级电容器，以缓解现有技术超级电容器的容量和能量密度较低，负极活性材料与集流体之间容易脱落导致电池循环性能差技术问题。

本发明的第二目的在于提供一种铝离子混合超级电容器的制备方法，该制备方法具有工艺流程简单且适合工业化生产的优点。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种铝离子混合超级电容器，包括正极、负极以及介于所述正极与所述负极之间的隔膜和电解液；所述正极包括用于吸附和脱附阴离子的多孔碳材料；所述负极为用于沉积和溶解铝离子的含铝金属或含铝复合物材料；所述电解液为包含铝盐的溶液。

进一步的，所述含铝金属或含铝复合物材料包括铝箔或铝合金或铝金属复合物；

优选地，金属包括锡、铜、铁、锌、镍、钛、锰、镁、锑、钒或铅中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述铝合金包括铝铜合金、铝锰合金、铝镁合金或铝镁铜合金中的任一种或至少两种的组合。

进一步的，所述多孔碳材料包括活性炭、碳纳米线、碳纳米管、活性碳纤维、石墨烯、介孔碳、碳分子筛或炭泡沫中的任一种或至少两种的组合。

进一步的，所述正极包括正极材料和正极集流体，按重量百分比计，所述正极材料包括：多孔碳材料60-95％、导电剂2-30％和粘结剂3-10％。