[发明专利]金属材料用作锌离子水系超级电容器负极及锌离子水系混合超级电容器

说明书

本发明涉及新能源领域，具体而言，提供了一种金属材料用作锌离子水系超级电容器负极及锌离子水系混合超级电容器。锌离子水系混合超级电容器包括负极、隔膜、正极和电解液；所述负极为能够沉积锌离子的金属、合金或金属复合材料；所述金属、合金或金属复合材料呈多孔状；所述电解液包括锌盐和水。该锌离子水系混合超级电容器的负极为能够沉积锌离子的金属、合金或金属复合材料，电解液为锌盐的水溶液，该混合超级电容器具有能量密度和理论比容量高、生产成本低、安全性高和环保性好的优点。

技术领域

本发明涉及新能源领域，具体而言，涉及一种金属材料用作锌离子水系超级电容器负极及锌离子水系混合超级电容器。

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、循环寿命长的优点以及二次电池活性材料比容量高、有机电解液电压窗口宽等优点，所以相较于常规超级电容器，混合超级电容器拥有更高的能量密度。

目前的电容器均是基于一价金属阳离子为电荷载体的电解质和电极体系，如Li⁺、Na⁺、K⁺，不能满足进一步对于能量密度提升的需求。近年来对于多价阳离子(如Zn²⁺、Mg²⁺、Al³⁺)嵌脱的活性电极材料及相应电解质的发展非常迅速。

在公开号CN107369567A的中国发明专利中，负极材料是锌金属箔片，正极是能够进行离子可逆吸附的碳材料，电解液是锌盐及有机溶剂；有机电解液虽然分解电压较高，但毒性较大、成本高、易燃，且对装配工艺要求高。

在公开号CN103560019A的中国发明专利中，正极活性物质为复合金属氧化物，负极活性物质为能够进行离子可逆吸附的炭材料；电解液是由锌盐与去离子水组成。在公开号CN103545123A的中国发明专利中，正极活性物质有两种，第一种正极活性物质为碳材料(C)，第二种正极活性物质为复合金属氧化物ZnM_xO_y，负极活性物质有两种，第一种负极活性物质为锌(Zn)，第二种负极活性物质为碳材料(C)；电解液是由锌盐与去离子水组成；正极活性物质(C+ZnM_xO_y)和导电剂粘附在集流体上制成正极片，负极活性物质(C+Zn)和导电剂粘附在集流体上制成负极片。以上两件专利提出的锌离子超级电容器都是使用水系电解液，因此工作电压较低；正负极都使用了集流体，因此制备工艺较繁琐。

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能够沉积锌离子的金属、合金或金属复合材料同时作为负极活性材料和负极集流体在锌离子水系混合超级电容器中的应用。上述金属、合金或金属复合材料同时作为负极活性材料和负极集流体能够极大地降低锌离子水系混合超级电容器的自重，进一步提高锌离子水系混合超级电容器的能量密度和理论比容量，简化电容器的生产工艺、降低生产成本且更加环保；另外，由于金属、合金或金属复合材料呈多孔状，因此相对于非多孔状的负极来说能有效避免枝晶的产生，进一步提高循环性能。

本发明的第二目的在于提供一种锌离子水系混合超级电容器，该锌离子水系混合超级电容器的负极为能够沉积锌离子的金属、合金或金属复合材料，电解液包括锌盐和水，该混合超级电容器具有能量密度和理论比容量高、生产成本低、安全性高和环保性好的优点。

本发明的第三目的在于提供一种上述锌离子水系混合超级电容器的制备方法，该方法工艺简单，制造成本低，采用该方法制备得到的锌离子水系混合超级电容器具有能量密度高、比容量高和安全性能好的优点。