CN106935413B - 一种电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电容器，该电容器包括正极、负极和介于正极与负极之间的电解质，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极活性材料和组成化学式为LixMyMn1‑yOz的添加剂，其中，x、y、z代表原子％值，0.92≤x≤0.98，0.83≤y≤0.88，1.6≤z≤2，所述负极包括负极材料，所述负极材料包括组成化学式为SiaSnbNicCd的负极活性材料，其中，a、b、c、d代表原子％值，25≤a≤35，6≤b≤10，3≤c≤5，1.6≤d≤2。本发明的电容器正负极材料性能良好，安全可靠，具有较高的比能量。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备领域，具体涉及一种电容器。
背景技术
随着信息技术、电子产品、车用能源等领域中新技术的迅速产生和发展，人们更加关注新颖的超级电容器的研究与开发。超级电容器是近几年发展起来的一种能够大容量存储电能，并且具有大功率放电特性的电容器，是一种介于电容器与电池之间的新型储能器件。超级电容器与传统电容器不同，它通过电极和电解液之间的界面或电极表面或内部的可逆的氧化还原反应进行电荷存储，也正因为此，超级电容器可以反复充放电数十万次。
在正极材料中，锂被加入活性材料中，而在脱锂化过程中锂离子从该活性材料被去除。目前在锂离子电池中应用的阳极中绝大多数是通过在充电以及放电过程中锂的嵌入和脱嵌的机理起作用。在负极材料中，硅/金属型复合中的金属组分可以提高材料的电子电导，减小硅材料的极化，提高硅材料的倍率性能。金属的延展性可以在一定程度上抑制硅材料的体积效应，提高循环性能，但制备过程中产生的硅结构缺陷具有很高的电化学活性，会导致不可逆容量变大。同电池相比，超级电容器存在着比能量低的缺点，从而影响其在新能源汽车、能量回收、新能源储能等要求能量密度高的领域的应用。因此，需要着重对电容器的正负极材料进行研究以提高其应用范围。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种电容器，该电容器的正负极材料性能良好，安全可靠，具有较高的比能量。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种电容器，包括正极、负极和介于正极与负极之间的电解质，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极活性材料和组成化学式为LixMyMn1-yOz的添加剂，其中，x、y、z代表原子％值，0.92≤x≤0.98，0.83≤y≤0.88，1.6≤z≤2；
所述负极包括负极材料，所述负极材料包括组成化学式为SiaSnbNicCd的负极活性材料，其中，a、b、c、d代表原子％值，25≤a≤35，6≤b≤10，3≤c≤5，1.6≤d≤2。
优选地，所述正极活性材料选自MnO2、Na4Mn14O26·9H2O、LiCoO中的一种或两种以上的组合。
优选地，所述正极材料的添加剂中M选自Fe、Cr或Co。
优选地，所述正极活性材料的添加剂选自Li0.92M0.85Mn0.15O1.6、Li0.95M0.83Mn0.17O1.8、Li0.98M0.88Mn0.12O2中的一种。
优选地，以正极材料的百分含量为基准，所述添加剂的含量为15-22wt％。
优选地，以负极材料的百分含量为基准，所述负极活性材料的含量为75-85wt％。
优选地，所述正极和负极还包括粘结剂和导电剂，所述粘结剂选自聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、酚醛树脂、环氧树脂中的一种或任意两种以上的组合，所述导电剂选自炭黑、石墨烯或二者组合。
优选地，所述负极活性材料选自Si25Sn8Ni3C1.6、Si28Sn6Ni4C2、Si30Sn8Ni5C2中的一种。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明的电容器，包括正极、负极和介于正极与负极之间的电解质，正极包括正极材料，正极材料包括正极活性材料和组成化学式为LixMyMn1-yOz的添加剂，通过该锂-金属添加剂，放电的情况下可以稳定负极电位，使负电位上升较慢，防止短路和过放电；负极包括负极材料，负极材料包括组成化学式为SiaSnbNicCd的负极活性材料，该材料以硅为主要成分，加入了高电化学容量及良好导电性的锡，良好粘合性、可循环的镍，增加导电性和润滑性的导电碳，增强了负极的整体性和稳定性。
(2)本发明的电容器的正负极还包括导电剂和粘结剂，炭黑和石墨烯良好的导电性，使得电容器的导电效率更高，树脂类和纤维素类的粘结剂安全无毒，使得正负极的各种材料连接稳固，工作性能稳定。
具体实施方式
以下结合具体实施例对发明作进一步详细的描述。
实施例1.
一种电容器，包括正极、负极和介于正极与负极之间的电解质，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极活性材料MnO2和组成化学式为Li0.92Fe0.85Mn0.15O1.6的添加剂。其中，以正极材料的百分含量为基准，所述添加剂的含量为15-22wt％。
负极包括负极材料，所述负极材料包括组成化学式为Si25Sn8Ni3C1.6的负极活性材料。其中，以负极材料的百分含量为基准，所述负极活性材料的含量为75-85wt％。
正极和负极还包括粘结剂和导电剂，粘结剂选自聚四氟乙烯，导电剂选自炭黑。
实施例2.
一种电容器，包括正极、负极和介于正极与负极之间的电解质，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极活性材料Na4Mn14O26·9H2O和组成化学式为Li0.95Cr0.83Mn0.17O1.8的添加剂。其中，以正极材料的百分含量为基准，所述添加剂的含量为15-22wt％。
负极包括负极材料，所述负极材料包括组成化学式为Si28Sn6Ni4C2的负极活性材料。其中，以负极材料的百分含量为基准，所述负极活性材料的含量为75-85wt％。
正极和负极还包括粘结剂和导电剂，粘结剂选自羧甲基纤维素钠，导电剂选自炭黑。
实施例3.
一种电容器，包括正极、负极和介于正极与负极之间的电解质，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极活性材料LiCoO和组成化学式为Li0.92Fe0.85Mn0.15O1.6的添加剂。其中，以正极材料的百分含量为基准，所述添加剂的含量为15-22wt％。
负极包括负极材料，所述负极材料包括组成化学式为Si25Sn8Ni3C1.6的负极活性材料。其中，以负极材料的百分含量为基准，所述负极活性材料的含量为75-85wt％。
正极和负极还包括粘结剂和导电剂，粘结剂选自酚醛树脂，导电剂选自石墨烯。
实施例4.
一种电容器，包括正极、负极和介于正极与负极之间的电解质，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极活性材料MnO2和组成化学式为Li0.92Co0.85Mn0.15O1.6的添加剂。其中，以正极材料的百分含量为基准，所述添加剂的含量为15-22wt％。
负极包括负极材料，所述负极材料包括组成化学式为Si25Sn8Ni3C1.6的负极活性材料。其中，以负极材料的百分含量为基准，所述负极活性材料的含量为75-85wt％。
正极和负极还包括粘结剂和导电剂，粘结剂选自环氧树脂，导电剂选自炭黑。
实施例5.
一种电容器，包括正极、负极和介于正极与负极之间的电解质，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极活性材料Na4Mn14O26·9H2O和组成化学式为Li0.95Fe0.83Mn0.17O1.8的添加剂。其中，以正极材料的百分含量为基准，所述添加剂的含量为15-22wt％。
负极包括负极材料，所述负极材料包括组成化学式为Si30Sn8Ni5C2的负极活性材料。其中，以负极材料的百分含量为基准，所述负极活性材料的含量为75-85wt％。
正极和负极还包括粘结剂和导电剂，粘结剂选自羧甲基纤维素钠，导电剂选自石墨烯。
实施例6.
一种电容器，包括正极、负极和介于正极与负极之间的电解质，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极活性材料LiCoO和组成化学式为Li0.92Cr0.85Mn0.15O1.6的添加剂。其中，以正极材料的百分含量为基准，所述添加剂的含量为15-22wt％。
负极包括负极材料，所述负极材料包括组成化学式为Si28Sn6Ni4C2的负极活性材料。其中，以负极材料的百分含量为基准，所述负极活性材料的含量为75-85wt％。
正极和负极还包括粘结剂和导电剂，粘结剂选自聚四氟乙烯，导电剂选自炭黑。
实施例7.
一种电容器，包括正极、负极和介于正极与负极之间的电解质，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极活性材料MnO2和组成化学式为Li0.98Co0.88Mn0.12O2的添加剂。其中，以正极材料的百分含量为基准，所述添加剂的含量为15-22wt％。
负极包括负极材料，所述负极材料包括组成化学式为Si30Sn8Ni5C2的负极活性材料。其中，以负极材料的百分含量为基准，所述负极活性材料的含量为75-85wt％。
正极和负极还包括粘结剂和导电剂，粘结剂选自酚醛树脂，导电剂选自石墨烯。
实施例8.
一种电容器，包括正极、负极和介于正极与负极之间的电解质，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极活性材料Na4Mn14O26·9H2O和组成化学式为Li0.95Fe0.83Mn0.17O1.8的添加剂。其中，以正极材料的百分含量为基准，所述添加剂的含量为15-22wt％。
负极包括负极材料，所述负极材料包括组成化学式为Si30Sn8Ni5C2的负极活性材料。其中，以负极材料的百分含量为基准，所述负极活性材料的含量为75-85wt％。
正极和负极还包括粘结剂和导电剂，粘结剂选自环氧树脂，导电剂选自炭黑。
实施例9.
一种电容器，包括正极、负极和介于正极与负极之间的电解质，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极活性材料LiCoO和组成化学式为Li0.98Co0.88Mn0.12O2的添加剂。其中，以正极材料的百分含量为基准，所述添加剂的含量为15-22wt％。
负极包括负极材料，所述负极材料包括组成化学式为Si28Sn6Ni4C2的负极活性材料。其中，以负极材料的百分含量为基准，所述负极活性材料的含量为75-85wt％。
正极和负极还包括粘结剂和导电剂，粘结剂选自羧甲基纤维素钠，导电剂选自石墨烯。
实施例10.
一种电容器，包括正极、负极和介于正极与负极之间的电解质，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极活性材料Na4Mn14O26·9H2O和组成化学式为Li0.92Cr0.85Mn0.15O1.6的添加剂。其中，以正极材料的百分含量为基准，所述添加剂的含量为15-22wt％。
负极包括负极材料，所述负极材料包括组成化学式为Si30Sn8Ni5C2的负极活性材料。其中，以负极材料的百分含量为基准，所述负极活性材料的含量为75-85wt％。
正极和负极还包括粘结剂和导电剂，粘结剂选自酚醛树脂，导电剂选自炭黑。
实施例11.
对上述实施例1-10的电容器进行了1-2V放电容量/2V以上放电容量(％)和电容去放电到1V时，电池负极电位(V)的测量
由上表可以看出，本发明实施例的电容器负极电位稳定，可防止短路和过放电。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种电容器，包括正极、负极和介于正极与负极之间的电解质，其特征在于，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极活性材料和组成化学式为LixMyMn1-yOz的添加剂，其中，x、y、z代表原子％值，0.92≤x≤0.98，0.83≤y≤0.88，1.6≤z≤2；
所述正极材料的添加剂中M选自Fe、Cr或Co；
所述负极包括负极材料，所述负极材料包括组成化学式为SiaSnbNicCd的负极活性材料，其中，a、b、c、d代表原子％值，25≤a≤35，6≤b≤10，3≤c≤5，1.6≤d≤2。
2.根据权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述正极活性材料选自MnO2、Na4Mn14O26·9H2O、LiCoO中的一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述正极活性材料的添加剂选自Li0.92M0.85Mn0.15O1.6、Li0.95M0.83Mn0.17O1.8、Li0.98M0.88Mn0.12O2中的一种。
4.根据权利要求1所述的电容器，其特征在于，以正极材料的百分含量为基准，所述添加剂的含量为15-22wt％。
5.根据权利要求1所述的电容器，其特征在于，以负极材料的百分含量为基准，所述负极活性材料的含量为75-85wt％。
6.根据权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述正极和负极还包括粘结剂和导电剂，所述粘结剂选自聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、酚醛树脂、环氧树脂中的一种或任意两种以上的组合，所述导电剂选自炭黑、石墨烯或二者组合。
7.根据权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述负极活性材料选自Si25Sn8Ni3C1.6、Si28Sn6Ni4C2、Si30Sn8Ni5C2中的一种。
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