[发明专利]一种钠离子混合电容器

说明书

本发明公开了一种低价态钛硫化物、制备方法及其应用，所述方法包括：(1)制备二硫化钛(TiS₂)阴极：将TiS₂粉末模压成型为片状，并将片状的TiS₂固定到集流体上，从而得到TiS₂阴极；(2)制备熔盐电解质：在惰性气体保护下，先除去卤素盐的分水，再通过升温，使所述卤素盐完全熔融，从而得到熔盐电解质；(3)制备低价态钛硫化物：将惰性阳极和步骤(1)制备的TiS₂阴极置于步骤(2)制备的熔盐电解质中，构建电解池；通过控制电解电压和电解时间使所述TiS₂阴极上的TiS₂电解，从而得到低价态钛硫化物。本发明使用TiS₂作为原材料制备TiS₂阴极，使用卤素盐制备熔盐电解质，并通过控制电解电压和电解时间，从而得到具有高电导率的低价态钛硫化物。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，更具体地，涉及一种钠离子混合电容器。

背景技术

现阶段，能源与环境是影响人类社会可持续发展的两个主要因素。为应对化石能源耗竭及环境恶化问题，世界各国都在大力开发建立高效、清洁、可再生的新能源(太阳能、风能和潮汐能等)体系。电化学电容器作为一种简单高效的储能技术，在新能源的应用领域(如大型储能电站、移动式交通动力、以及各种便携式电子产品)发挥着至关重要的作用。与目前电化学储能系统中技术最成熟、商业化程度最高的锂离子电池相比，电化学电容器的功率密度是其10倍且循环寿命是其100倍。然而，电化学电容器相对较低的能量密度(比锂离子电池的能量密度低10-20倍)限制了其实际应用。目前商业化的超级电容器大多是双电层超级电容器，它是通过多孔碳材料的吸附/解吸来实现电能/化学能的快速转化与存储。由于双电层的储能机制，即使使用有机电解质来提高电容器电压，碳基电极的低电容(通常低于300F g^-1)也将双电层超级电容器的能量密度限制在约10Wh Kg^-1。

为了解决该问题，混合离子超级电容器受到广泛关注与研究。混合离子型电容器是一种既使用了电池型(法拉第型)的电极又使用了电容器型(非法拉第型)电极的新型储能器件。它结合了二次电池以及超级电容器的储能机制，同时具备了二者的特性，能够保证在大倍率充放电条件下，具有高的能量密度。

基于以上机理，锂离子混合电容器近年来成为研究人员的研究热点，各种各样锂离子混合电容器体系被报道，例如：MnO@GNS//HNC，Nb₂O₅纳米颗粒//CNTs，PLTO/C//CNF薄膜和TiNb₂O₇//AC等。并且美国的Maxwell公司成功将锂离子混合电容器实现了商业化。然而，地球上锂资源的短缺限制了其进一步的发展。钠元素在地球上储量丰富，且与锂位于同一主族具有相似的化学性质，因此，用钠代替锂构建钠离子混合电容器是发展低成本和高性能混合离子电容器的有效途径。但钠离子半径大于锂离子，使人们在研究高比容量、长循环钠离子混合电容器电池型电极材料方面遇到极大困难。

二硫化钛具有廉价、结构稳定且理论比容量高等优点，是一种极具应用潜力的钠离子电容器电极材料。然而，二硫化钛较差的导电性导致其作为钠离子电容器负极材料时能量密度和功率密度均不理想。目前，主要通过纳米化以及碳包覆来改善二硫化钛作为钠离子混合电容器的电化学性能，但是这种改善方法往往比较复杂，成本较高，难以大规模化和批量化生产。而且，采用这种材料制备的纳米二硫化钛结构不稳定、易产生副反应，很难应用于实际钠离子电容器。