CN205680557U - 一种全炭钾离子混合电容器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种全炭钾离子混合电容器，其组成包括电池壳、阳极集流体、石墨化炭材料层、电解液、隔膜、多孔炭材料层、阴极集流体、安全阀。该全炭钾离子混合电容器，阳极材料、阴极活性材料皆为炭材料，阳极炭材料为石墨化炭材料，储能机制为钾离子的嵌入及脱出；阴极材料为同一碳源制备的KOH活化后的多孔活性炭材料，储能机理为双电层储能机理。本实用新型通过活性炭、石墨化炭的巧妙设置，在其他部件的协同作用下，得到成本低廉、功率密度和能量密度高、安全性能好的炭基钾离子混合电容器。

Description

一种全炭钾离子混合电容器

技术领域

本实用新型属于化学电源技术领域，尤其涉及一种混合超级电容器。

背景技术

能源危机和环境问题是人类跨入21世纪面临的严峻挑战，开发新能源及新型储能材料是21世纪亟待解决的关键技术之一。由于锂离子二次电池具有高能量密度(200W hkg^-1)的特点，被广泛应用于现代各种便携式电子设备如手机、笔记本电脑及相机等。然而目前快速兴起的电动汽车、航天领域和现代化武器装备领域对高性能二次锂离子电池的功率密度(目前仅能达到350W kg^-1)及寿命要求越来越高，已超出了当前锂离子电池的承受能力。双电层电容器，又称为超级电容器，主要利用电极和电解质界面的双电层来存储电荷，拥有优越的功率密度(10kW kg^-1)和10万次以上的循环寿命，然而其能量密度(5W h kg^-1)却远不及锂离子电池。在此背景下，功率密度和能量密度介于超级电容器和二次离子电池之间的新型储能元件—混合离子电容器便成为了研究热点。

锂离子混合电容器能量密度及功率密度高，是一种较好的混合离子电容器。但是，锂资源在地壳中含量少(小于20ppm)、分布零散，随着大量锂离子电池产品推广使用，锂资源价格势必会攀升，这限制了其在未来规模储能系统的应用。相比之下，钠资源广泛分布于海水及盐矿床，占地壳的2.8％，价格也更为低廉。但是大部分材料的储钠性能差，电化学性能不理想，尤其是成本低廉的炭材料，其储钠容量不到50mAh g^-1。因此，开发成本低廉、功率密度和能量密度高的炭基钾离子混合电容器成为迫切的需求。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种炭钾离子混合电容器。

本实用新型一种全炭钾离子混合电容器，所述全炭钾离子混合电容器包括电池壳(1)、阳极集流体(2)、石墨化炭材料层(3)、电解液(4)、隔膜(5)、多孔炭材料层(6)、阴极集流体(7)、安全阀(8)；所述石墨化炭材料层(3)附着于阳极集流体(2)上；所述多孔炭材料层(6)附着于阴极集流体(7)上。

本实用新型一种全炭钾离子混合电容器，所述阳极集流体(2)和阴极集流体(7)焊接于电池壳(1)所构成的腔体内，且二者相对称。

本实用新型一种全炭钾离子混合电容器，所述安全阀(8)设置在阳极集流体(2)所正对的电池壳(1)上。

本实用新型一种全炭钾离子混合电容器，作为优选：阳极集流体(2)的材质为泡沫镍，所述石墨化炭材料涂覆于阳极集流体泡沫镍上。

本实用新型一种全炭钾离子混合电容器，作为优选：阴极集流体(7)的材质为铝箔；所述的多孔炭阴极材料涂覆于铝箔。

本实用新型一种全炭钾离子混合电容器，作为优选：所述的电解液为KPF₆的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯有机溶液。

本实用新型一种全炭钾离子混合电容器，作为优选：阳极活性材料为石墨化碳材料、阴极活性材料为同一碳源制备、且经KOH活化后的多孔活性炭材料。

本实用新型一种全炭钾离子混合电容器，作为优选；石墨化炭材料层制作方法如下：将乙醛水溶液加入NaOH固体后得到的聚合物高温处理后得到石墨化炭材料真空烘干之后与导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯按照质量比9:0.5:0.5的比例用N-甲基吡咯烷酮搅拌成糊状，涂覆于泡沫镍上，真空烘干，裁剪成圆片。

本实用新型一种全炭钾离子混合电容器，作为优选；多孔炭材料层制作方法如下：将以上得到的聚合用KOH混匀之后高温活化得到的多孔活性炭真空烘干之后与导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯按照质量比9:0.5:0.5的比例用N-甲基吡咯烷酮搅拌成糊状，涂覆于铝箔上，真空烘干，裁剪成圆片。

其他的石墨化炭材料以及多孔炭材料也可用于本实用新型。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型通过活性炭、石墨化炭的巧妙设置，在其他部件的协同作用下，得到成本低廉、功率密度和能量密度高、安全性能好的炭基钾离子混合电容器。

本实用新型为全炭钾离子混合电容器，阳极材料、阴极活性材料皆为炭材料，阳极炭材料为石墨化炭材料，储能机制为钾离子的嵌入及脱出，可以大幅度的提升器件的能量密度；阴极材料为同一碳源制备的KOH活化后的多孔活性炭材料，储能机理为双电层储能机理，双电层储能充放电速度非常快，可以提高器件的功率密度。以KPF₆的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯有机溶液作为电解液组装成器件之后，可获得成本低廉、功率密度和能量密度高、安全性能好的全炭钾离子混合电容器。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

标号说明：1-电池壳、2-阳极集流体、3-石墨化炭材料层、4-电解液、5-隔膜、6-多孔炭材料层、7-阴极集流体、8-安全阀。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，为本实用新型的结构示意图，包括电池壳(1)、阳极集流体(2)、石墨化炭材料层(3)、电解液(4)、隔膜(5)、多孔炭材料层(6)、阴极集流体(7)、安全阀(8)。电池阳极集流体和阴极集流体外分别设有极耳，可接导线与外电路相通。

所述阳极集流体和阴极集流体焊接于外壳内相对称的两侧，所述石墨化炭材料涂覆于阳极集流体泡沫镍，所述的多孔炭阴极材料涂覆于铝箔，所述的电解液为KPF₆的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯有机溶液。

其中：

阳极活性材料为石墨化碳材料、阴极活性材料为同一碳源制备的KOH活化后的多孔活性炭材料；

电解液为KPF₆的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯有机溶液。

石墨化炭材料层制作方法如下：将乙醛水溶液加入NaOH固体后得到的聚合物高温处理后得到石墨化炭材料真空烘干之后与导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯按照质量比9:0.5:0.5的比例用N-甲基吡咯烷酮搅拌成糊状，涂覆于泡沫镍上，真空烘干，裁剪成圆片。

多孔炭材料层制作方法如下：将以上得到的聚合用KOH混匀之后高温活化得到的多孔活性炭真空烘干之后与导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯按照质量比9:0.5:0.5的比例用N-甲基吡咯烷酮搅拌成糊状，涂覆于铝箔上，真空烘干，裁剪成圆片。

所述隔膜为玻璃纤维隔膜。

所述的电解液为0.5mol/L KPF₆的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯(1:1)有机溶液。

本实用新型为全炭钾离子混合电容器，阳极炭材料为石墨化炭材料，储能机制为钾离子的嵌入及脱出，可以大幅度的提升器件的能量密度；阴极材料为同一碳源制备的KOH活化后的多孔活性炭材料，储能机理为双电层储能机理，双电层储能充放电速度非常快，可以提高器件的功率密度。以KPF₆的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯有机溶液作为电解液组装成器件之后，可获得成本低廉、功率密度和能量密度高、安全性能好的全炭钾离子混合电容器。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种全炭钾离子混合电容器，其特征在于：所述全炭钾离子混合电容器包括电池壳(1)、阳极集流体(2)、石墨化炭材料层(3)、电解液(4)、隔膜(5)、多孔炭材料层(6)、阴极集流体(7)、安全阀(8)；所述石墨化炭材料层(3)附着于阳极集流体(2)上；所述多孔炭材料层(6)附着于阴极集流体(7)上。

2.根据权利要求1所述的一种全炭钾离子混合电容器，其特征在于：所述阳极集流体(2)和阴极集流体(7)焊接于电池壳(1)所构成的腔体内，且二者相对称。

3.根据权利要求1所述的一种全炭钾离子混合电容器，其特征在于：所述安全阀(8)设置在阳极集流体(2)所正对的电池壳(1)上。