一種全炭鉀離子混合電容器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種全炭鉀離子混合電容器，其組成包括電池殼、陽極集流體、石墨化炭材料層、電解液、隔膜、多孔炭材料層、陰極集流體、安全閥。該全炭鉀離子混合電容器，陽極材料、陰極活性材料皆為炭材料，陽極炭材料為石墨化炭材料，儲能機制為鉀離子的嵌入及脫出；陰極材料為同一碳源制備的KOH活化后的多孔活性炭材料，儲能機理為雙電層儲能機理。本實用新型通過活性炭、石墨化炭的巧妙設(shè)置，在其他部件的協(xié)同作用下，得到成本低廉、功率密度和能量密度高、安全性能好的炭基鉀離子混合電容器。
【專利說明】
一種全炭鉀離子混合電容器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于化學(xué)電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種混合超級電容器。
【背景技術(shù)】
[0002]能源危機和環(huán)境問題是人類跨入21世紀(jì)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，開發(fā)新能源及新型儲能材料是21世紀(jì)亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于鋰離子二次電池具有高能量密度(200W hkg—D的特點，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代各種便攜式電子設(shè)備如手機、筆記本電腦及相機等。然而目前快速興起的電動汽車、航天領(lǐng)域和現(xiàn)代化武器裝備領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芏武囯x子電池的功率密度(目前僅能達(dá)到350W kg—O及壽命要求越來越高，已超出了當(dāng)前鋰離子電池的承受能力。雙電層電容器，又稱為超級電容器，主要利用電極和電解質(zhì)界面的雙電層來存儲電荷，擁有優(yōu)越的功率密度(1kW kg—工)和10萬次以上的循環(huán)壽命，然而其能量密度(5W h kg—1)卻遠(yuǎn)不及鋰離子電池。在此背景下，功率密度和能量密度介于超級電容器和二次離子電池之間的新型儲能元件一混合離子電容器便成為了研究熱點。
[0003]鋰離子混合電容器能量密度及功率密度高，是一種較好的混合離子電容器。但是，鋰資源在地殼中含量少(小于20ppm)、分布零散，隨著大量鋰離子電池產(chǎn)品推廣使用，鋰資源價格勢必會攀升，這限制了其在未來規(guī)模儲能系統(tǒng)的應(yīng)用。相比之下，鈉資源廣泛分布于海水及鹽礦床，占地殼的2.8%，價格也更為低廉。但是大部分材料的儲鈉性能差，電化學(xué)性能不理想，尤其是成本低廉的炭材料，其儲鈉容量不到50mAh g—1。因此，開發(fā)成本低廉、功率密度和能量密度高的炭基鉀離子混合電容器成為迫切的需求。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種炭鉀離子混合電容器。
[0005]本實用新型一種全炭鉀離子混合電容器，所述全炭鉀離子混合電容器包括電池殼
(1)、陽極集流體(2)、石墨化炭材料層(3)、電解液(4)、隔膜(5)、多孔炭材料層(6)、陰極集流體(7)、安全閥(8);所述石墨化炭材料層(3)附著于陽極集流體(2)上;所述多孔炭材料層
[6]附著于陰極集流體(7)上。
[0006]本實用新型一種全炭鉀離子混合電容器，所述陽極集流體(2)和陰極集流體(7)焊接于電池殼(I)所構(gòu)成的腔體內(nèi)，且二者相對稱。
[0007]本實用新型一種全炭鉀離子混合電容器，所述安全閥(8)設(shè)置在陽極集流體(2)所正對的電池殼(I)上。
[0008]本實用新型一種全炭鉀離子混合電容器，作為優(yōu)選:陽極集流體(2)的材質(zhì)為泡沫鎳，所述石墨化炭材料涂覆于陽極集流體泡沫鎳上。
[0009]本實用新型一種全炭鉀離子混合電容器，作為優(yōu)選:陰極集流體(7)的材質(zhì)為鋁箔;所述的多孔炭陰極材料涂覆于鋁箔。
[0010]本實用新型一種全炭鉀離子混合電容器，作為優(yōu)選:所述的電解液為KPF6的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯有機溶液。
[0011]本實用新型一種全炭鉀離子混合電容器，作為優(yōu)選:陽極活性材料為石墨化碳材料、陰極活性材料為同一碳源制備、且經(jīng)KOH活化后的多孔活性炭材料。
[0012]本實用新型一種全炭鉀離子混合電容器，作為優(yōu)選;石墨化炭材料層制作方法如下:將乙醛水溶液加入NaOH固體后得到的聚合物高溫處理后得到石墨化炭材料真空烘干之后與導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑聚偏氟乙烯按照質(zhì)量比9:0.5:0.5的比例用N-甲基吡咯烷酮攪拌成糊狀，涂覆于泡沫鎳上，真空烘干，裁剪成圓片。
[0013]本實用新型一種全炭鉀離子混合電容器，作為優(yōu)選;多孔炭材料層制作方法如下:將以上得到的聚合用KOH混勻之后高溫活化得到的多孔活性炭真空烘干之后與導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑聚偏氟乙烯按照質(zhì)量比9:0.5:0.5的比例用N-甲基吡咯烷酮攪拌成糊狀，涂覆于鋁箔上，真空烘干，裁剪成圓片。
[0014]其他的石墨化炭材料以及多孔炭材料也可用于本實用新型。
[0015]本實用新型具有如下有益效果:
[0016]本實用新型通過活性炭、石墨化炭的巧妙設(shè)置，在其他部件的協(xié)同作用下，得到成本低廉、功率密度和能量密度高、安全性能好的炭基鉀離子混合電容器。
[0017]本實用新型為全炭鉀離子混合電容器，陽極材料、陰極活性材料皆為炭材料，陽極炭材料為石墨化炭材料，儲能機制為鉀離子的嵌入及脫出，可以大幅度的提升器件的能量密度;陰極材料為同一碳源制備的KOH活化后的多孔活性炭材料，儲能機理為雙電層儲能機理，雙電層儲能充放電速度非常快，可以提高器件的功率密度。以KPF6的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯有機溶液作為電解液組裝成器件之后，可獲得成本低廉、功率密度和能量密度高、安全性能好的全炭鉀離子混合電容器。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0019]標(biāo)號說明:1-電池殼、2-陽極集流體、3-石墨化炭材料層、4-電解液、5-隔膜、6-多孔炭材料層、7-陰極集流體、8-安全閥。
【具體實施方式】
[0020]下面將結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進(jìn)一步的說明。
[0021]如圖1所示，為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，包括電池殼(1)、陽極集流體(2)、石墨化炭材料層(3)、電解液(4)、隔膜(5)、多孔炭材料層(6)、陰極集流體(7)、安全閥(8)。電池陽極集流體和陰極集流體外分別設(shè)有極耳，可接導(dǎo)線與外電路相通。
[0022]所述陽極集流體和陰極集流體焊接于外殼內(nèi)相對稱的兩側(cè)，所述石墨化炭材料涂覆于陽極集流體泡沫鎳，所述的多孔炭陰極材料涂覆于鋁箔，所述的電解液為KPF6的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯有機溶液。
[0023]其中:
[0024]陽極活性材料為石墨化碳材料、陰極活性材料為同一碳源制備的KOH活化后的多孔活性炭材料；
[0025]電解液為KPF6的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯有機溶液。
[0026]石墨化炭材料層制作方法如下:將乙醛水溶液加入NaOH固體后得到的聚合物高溫處理后得到石墨化炭材料真空烘干之后與導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑聚偏氟乙烯按照質(zhì)量比9:
0.5:0.5的比例用N-甲基吡咯烷酮攪拌成糊狀，涂覆于泡沫鎳上，真空烘干，裁剪成圓片。
[0027]多孔炭材料層制作方法如下:將以上得到的聚合用KOH混勻之后高溫活化得到的多孔活性炭真空烘干之后與導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑聚偏氟乙烯按照質(zhì)量比9:0.5:0.5的比例用N-甲基吡咯烷酮攪拌成糊狀，涂覆于鋁箔上，真空烘干，裁剪成圓片。
[0028]所述隔膜為玻璃纖維隔膜。
[0029]所述的電解液為0.5mol/LKPF6的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯(1:1)有機溶液。
[0030]本實用新型為全炭鉀離子混合電容器，陽極炭材料為石墨化炭材料，儲能機制為鉀離子的嵌入及脫出，可以大幅度的提升器件的能量密度；陰極材料為同一碳源制備的KOH活化后的多孔活性炭材料，儲能機理為雙電層儲能機理，雙電層儲能充放電速度非常快，可以提高器件的功率密度。以KPF6的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯有機溶液作為電解液組裝成器件之后，可獲得成本低廉、功率密度和能量密度高、安全性能好的全炭鉀離子混合電容器。
[0031]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制。上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實用新型范圍內(nèi)，本實用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種全炭鉀離子混合電容器，其特征在于:所述全炭鉀離子混合電容器包括電池殼(1)、陽極集流體(2)、石墨化炭材料層(3)、電解液(4)、隔膜(5)、多孔炭材料層(6)、陰極集流體(7)、安全閥(8);所述石墨化炭材料層(3)附著于陽極集流體(2)上;所述多孔炭材料層(6)附著于陰極集流體(7)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全炭鉀離子混合電容器，其特征在于:所述陽極集流體(2)和陰極集流體(7)焊接于電池殼(I)所構(gòu)成的腔體內(nèi)，且二者相對稱。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全炭鉀離子混合電容器，其特征在于:所述安全閥(8)設(shè)置在陽極集流體(2)所正對的電池殼(I)上。
【文檔編號】H01G11/32GK205680557SQ201620547392
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月7日 公開號201620547392.8, CN 201620547392, CN 205680557 U, CN 205680557U, CN-U-205680557, CN201620547392, CN201620547392.8, CN205680557 U, CN205680557U
【發(fā)明人】楊應(yīng)昌, 石維, 冷森林, 黃偉, 龍禹
【申請人】銅仁學(xué)院