[发明专利]一种钠离子电容器及其负极预钠化方法

说明书

本发明提供了一种钠离子电容器及其负极预钠化方法，属于钠离子电容器技术领域。本发明以草酸钠和/或碳酸钠作为钠离子电容器负极预钠化的钠源添加剂，它们具有较高的理论比容量，且脱钠后的产物为气体CO₂，能够避免脱钠产物进入电解液从而对钠离子电容器的能量密度和循环性能造成影响。草酸钠和碳酸钠的脱钠产物为气体CO₂，易于从钠离子电容器中分离，即钠离子电容器在经过负极预嵌钠后不会增加质量，这有利于提高钠离子电容器的能量密度。本发明采用恒流充电或恒压充电的方式进行预钠化，首周充电时正极中的草酸钠和/或碳酸钠随着电位的升高发生分解释放出钠离子，在电场的作用下向负极迁移，随后嵌入负极，从而完成预钠化。

技术领域

本发明涉及钠离子电容器技术领域，特别涉及一种钠离子电容器及其负极预钠化方法。

背景技术

钠离子电容器由电池型储钠负极和电容型正极组成，其中电池型储钠负极通过钠离子在电极体相中发生法拉第反应储存能量，电容型正极通过离子在电极/电解液界面发生物理吸脱附来储能。因此，钠离子电容器兼具钠离子电池和双电层电容器的优势，具有高能量密度、高功率密度和长循环寿命的特点。同时钠离子拥有锂离子类似的物理化学性质以及地壳中丰富的储存量，开发钠离子电容器受到广泛关注。

为了扩大钠离子电容器的电压窗口以及减少电解液中钠离子的消耗，需要对负极进行预钠化处理。现有技术在预钠化处理时，直接采用金属钠作为钠源添加剂，但是钠化学性质极其活泼，容易造成安全隐患。中国专利CN110335764A公开了一种高效构筑钠离子电容器的预钠化方法，通过采用玫瑰红酸钠、巴豆酸二钠、1,2-二羰基-3,4-二羟基-3-环丁烯二钠盐中的一种作为钠源添加剂，钠源添加剂与活性炭混合后，通过循环伏安法进行充放电循环，实现负极的预钠化。但该技术方案中的钠源添加剂脱钠后形成的还原产物会溶解到电解液溶剂中，对钠离子电容器的能量密度及循环性能均有不良影响。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种钠离子电容器及其负极预钠化方法。本发明以草酸钠和/或碳酸钠作为钠离子电容器负极预钠化的钠源添加剂，能够避免脱钠产物进入电解液，安全性高，预钠化后的电容器具有良好的能量密度及循环性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了草酸钠和/或碳酸钠作为钠源添加剂在钠离子电容器负极预钠化中的应用。

本发明提供了一种钠离子电容器，包括正极、负极、隔膜和电解液，其特征在于，所述正极表面负载有钠源添加剂，所述钠源添加剂为草酸钠和/或碳酸钠。

优选的，所述正极包括正极集流体和涂覆于所述正极集流体表面的正极涂布层，所述正极涂布层包括正极活性材料、第一导电剂、第一粘结剂和钠源添加剂；

所述负极包括负极集流体和涂覆于所述负极集流体表面的负极涂布层，所述负极涂布层包括负极活性材料、第二导电剂和第二粘结剂。

优选的，所述正极涂布层中，正极活性材料、第一导电剂、第一粘结剂和钠源添加剂的质量比为(60～20)：(10～15)：(5～10)：(20～60)。

优选的，所述正极活性材料为活性炭和/或石墨烯。

优选的，所述正极活性材料和负极活性材料的质量比为1:3～3:1。

本发明提供了对上述钠离子电容器进行负极预钠化的方法，包括以下步骤：

对所述钠离子电容器进行恒流充电或恒压充电。

优选的，所述恒流充电的电流密度为1mA/g～1A/g，截止电压为4～4.6V。

优选的，所述恒压充电的电压为1.5～4.6V，截止电流为0.1～10mA。