[发明专利]一种钾基电池超级电容器混合装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钾基电池超级电容器混合装置及其制备方法，其方法包括：制备负电极：将负电极碳材料与炭黑和CMC以一定的重量比混合溶于水和乙醇的混合溶液中，搅拌均匀后将浆料涂布到集流体铜箔上,并在60‑90℃下在真空环境下退火处理15‑20h；制备正电极：将正电极碳材料与炭黑和PVDF以一定的重量比混合溶于NMP，搅拌均匀后将浆料涂布到集流体铝箔上，并在60‑90℃下在真空环境下退火处理15‑20h；制备电解液，所述电解液为钾基盐电解液，其中，所述负电极充电时电解液中的阳离子会嵌入到负电极碳材料中，放电时从负电极碳材料中脱出；正电极充电时电解液中的阴离子会进行欠电位沉积，吸附在正电极碳材料中，放电时从正电极碳材料中脱附。

技术领域

本发明涉及钾离子电池、超级电容器技术领域，尤其涉及一种钾基电池超级电容器混合装置及其制备方法。

背景技术

清洁能源带动了具有成本低，环保和丰富的优点的大规模储能设备的快速发展。由于成本高和锂资源将耗尽严重阻碍了锂离子电池进一步发展；因此，各种金属离子电池如钠离子电池(SIB)，钾离子电池(PIB)，铝离子电池(AIB)，镁离子电池(MIB)，和超级电容器(SCs)作为锂离子电池(LIB)的替代品得到全面探索，根据标准电极电位Li(-3.04V对E0)，Na(-2.71V对E0)，K(-2.93V对E0)，Al(-1.66V对E0)和Mg(-2.37V vs.E0)，与SIB，AIB和MIB相比，PIB可提供更接近LIB的能量密度，这是由于K更接近于Li的标准电极电位。此外，与Na⁺相比，K⁺可以毫不费力地嵌插入石墨和其他含碳材料中。因此，考虑到低标准电极电位以及低成本和丰富的钾资源，作为大规模储能器件最有希望的候选者之一的PIB已经被广泛地研究。

到目前为止，石墨，软碳，和原子(N，P，O)掺杂的碳在内的各种碳质负电极材料被广泛研究，因为它们的成本低且储量丰富。此外，合金材料(Sb，P和Sn)由于它们的容量高也被广泛研究。对于正电极材料，普鲁士蓝类似物由于其优异的稳定性和高可逆容量也引起了众多关注。此外，还开发了几种碳质正电极如石墨、膨胀石墨，及有机正电极。尽管如此，但钾离子全电池通常存在较差的循环稳定性(通常小于500次循环)和有限的功率密度。尽管已经开发了基于氢氧化钾和无水电解液的超级电容器(SC)，但其低能量密度也严重阻碍了其发展。

发明内容

为解决目前钾离子全电池较差的循环稳定性和有限的功率密度，以及现有超级电容器能量密度低等问题，本发明提供了一种钾基电池超级电容器混合装置及其制备方法，所述方法包括：

制备负电极：将负电极碳材料与炭黑和CMC以一定的重量比混合溶于水和乙醇的混合溶液中，搅拌均匀后将浆料涂布到集流体铜箔上,并在60-90℃下在真空环境下退火处理15-20h；

制备正电极：将正电极碳材料与炭黑和PVDF以一定的重量比混合溶于NMP，搅拌均匀后将浆料涂布到集流体铝箔上，并在60-90℃下在真空环境下退火处理15-20h；

制备电解液，所述电解液为钾基盐电解液，

其中，所述负电极充电时电解液中的阳离子会嵌入到负电极碳材料中，放电时从负电极碳材料中脱出；正电极充电时电解液中的阴离子会进行欠电位沉积，吸附在正电极碳材料中，放电时从正电极碳材料中脱附。

进一步的，所述负电极碳材料为软碳材料；

进一步的，所述负电极软碳材料通过高温锻烧苝四羧酸二酐(PTCDA)制备而成，具体为将PTCDA粉末放入陶瓷舟皿中，以5-15℃min^-1的升温速率加热至800-1000℃，并持续保温4-10小时。

进一步的，所述正电极碳材料为高比表面积的多孔结构。

进一步的，所述正电极碳材料为活性炭材料。

进一步的，所述钾基盐电解液为2-4M双氟磺酰亚胺钾盐(KFSI)。