[发明专利]钾离子混合超级电容器及其制备方法

说明书

本发明涉及超级电容器领域，具体而言，提供了一种金属导电材料用作钾离子混合超级电容器负极和钾离子混合超级电容器及其制备方法。钾离子混合超级电容器包括负极、隔膜、正极和电解液；负极为能够与电解液中钾离子合金化的金属、合金或金属复合材料；正极包括正极材料和正极集流体，正极材料中的正极活性材料为能够可逆地吸附、脱附电解液中阴离子的碳材料；钾离子存在于混合超级电容器的电解液中。该钾离子混合超级电容器以能够与电解液中钾离子合金化的金属、合金或金属复合材料作为负极，上述材料起到负极活性材料和负极集流体的双重作用，不但简化了超级电容器的生产工艺、降低了生产成本，还提高了超级电容器的能量密度和理论比容量。

技术领域

本发明涉及超级电容器领域，具体而言，涉及一种钾离子混合超级电容器及其制备方法。

背景技术

随着现代科技的发展，人们对能源的需求越来越大，寻找一种新型能源成为当今迫切的需要。二次电池是一种应用较为广泛的电化学器件，但是由于二次电池在充放电过程中发生的化学反应会对其造成不可逆的创伤，限制了它的使用寿命，而且容易造成环境污染，资源浪费严重。超级电容器是一种新型储能器件，利用电极材料吸附电解液里的正负离子形成双电层结构进行储能，该储能过程是物理吸附/脱附过程，因此具有较长的循环寿命以及较高的充放电速度，且环境友好，可广泛应用于备用电源，高频率充放电，大功率输出等场合。常见的超级电容器材料主要以碳材料为正负极活性材料，但是目前这种超级电容器的容量和能量密度较低，负极活性材料还需要和粘结剂、导电剂等混合，并涂覆在金属箔集流体上，生产工艺较为繁琐，且负极活性材料与集流体之间容易脱落，增加了生产流程的复杂性和生产成本。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种能够与电解液中钾离子合金化的金属、合金或金属复合材料同时作为负极活性材料和负极集流体在钾离子混合超级电容器中的应用。上述金属、合金或金属复合材料同时作为负极活性材料和负极集流体能够极大地降低钾离子混合超级电容器的自重，进一步提高钾离子混合超级电容器的能量密度和理论比容量，简化电容器的生产工艺、降低生产成本且更加环保。

本发明的第二目的在于提供一种钾离子混合超级电容器，该钾离子混合超级电容器的负极为能够与电解液中钾离子合金化的金属、合金或金属复合材料，上述金属、合金或金属复合材料起到负极活性材料和负极集流体的双重作用，能够极大地降低电容器的自重，进一步提高电容器的能量密度和理论比容量，简化电容器的生产工艺、降低生产成本且更加环保。

本发明的第三目的在于提供一种钾离子混合超级电容器的制备方法，上述制备方法工艺简单，采用该方法制备得到的钾离子混合超级电容器具有能量密度高和理论比容量高的优点。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种能够与钾离子合金化的金属、合金或金属复合材料同时作为负极活性材料和负极集流体在钾离子混合超级电容器中的应用，钾离子存在于混合超级电容器的电解液中。

作为进一步优选地技术方案，所述金属为锡、锌、铅、锑、镉、金、铋或锗中的任意一种；

所述合金为至少包含锡、锌、铅、锑、镉、金、铋或锗中任意一种的合金；

所述金属复合材料为至少包含锡、锌、铅、锑、镉、金、铋或锗中任意一种的复合材料。

第二方面，本发明提供了一种钾离子混合超级电容器，包括负极、隔膜、正极和电解液；

所述负极为能够与电解液中钾离子合金化的金属、合金或金属复合材料；

所述正极包括正极材料和正极集流体，所述正极材料中的正极活性材料为能够可逆地吸附、脱附电解液中阴离子的碳材料；

电解液为含有钾盐的有机溶剂和/或离子液体。