[发明专利]一种基于废旧锌-锰干电池碳包的混合式超级电容器

权利要求书

1.一种基于废旧锌-锰干电池碳包的混合式超级电容器的制备方法，包括步骤如下：

1)从废旧锌-锰干电池中回收碳包，得回收的锌-锰干电池碳包即固体C；

2)氮掺杂碳包覆磷酸钛钠的制备；

3)正极的制作：

以固体C为活性物质，聚偏氟乙烯为粘合剂，乙炔黑为导电剂，将三者在N-甲基吡咯烷酮中混合、研磨、调成糊状物，将糊状物均匀涂覆在集流体上，真空干燥，得正极工作电极；

4)负极的制作：

以氮掺杂碳包覆磷酸钛钠为活性物质，聚偏氟乙烯为粘合剂，乙炔黑为导电剂，将三者在N-甲基吡咯烷酮中混合、研磨、调成糊状物，将糊状物均匀涂覆在集流体上，真空干燥，得负极工作电极；

5)混合式超级电容器的组装：

将正极工作电极和负极工作电极按涂有活性物质的一面相对叠合，正、负极之间加隔膜，使隔膜饱和吸附电解液，密封，得混合式超级电容器；

步骤1)所述的从废旧锌-锰干电池中回收碳包，包括下列步骤：

a.将废旧锌-锰干电池拆解，将碳包与其它组分分开；

b.将碳包粉末转移至无水乙醇溶液中，室温下搅拌1-2h；固液分离，得固体A；

c.将固体A转移至蒸馏水中，室温下搅拌1-2h；固液分离，乙醇洗涤固体2-3次，得固体B；

d.将固体B干燥，得回收的锌-锰干电池碳包即固体C。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b中的碳包粉末与无水乙醇，其质量体积比为1:(5-10)g/mL；

所述步骤c中固体A与蒸馏水，其质量体积比为1:(5-10)g/mL；

所述步骤d中的干燥，干燥方式为晾干、烘干或真空干燥。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)所述的氮掺杂碳包覆磷酸钛钠的制备步骤如下：

h.将钛酸酯溶解于无水乙醇与丁醇的混合溶液中，得溶液D；

i.将钠盐、植酸溶解于蒸馏水中，得溶液E；

j.搅拌下，将溶液E加入到溶液D中，室温下搅拌1-3h，得混合液F；

k.搅拌下，将水性聚氨酯的水溶液加入到混合液F中，室温下搅拌1-2h，得混合液G；

l.将混合液G进行固液分离，得固体H；

m.将固体H干燥，然后在惰性气体氛中热处理，得氮掺杂碳包覆磷酸钛钠。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤h中的钛酸酯为钛酸丙酯、钛酸丁酯、或二者任意配比的混合物；

所述步骤h中的钛酸酯，在反应总体系中的浓度为0.06-0.12mol/L；

所述步骤h中无水乙醇与丁醇的混合溶液，其中无水乙醇与丁醇的体积比为1:(1-4)；

所述步骤m中的干燥，干燥方式为晾干、烘干或真空干燥。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中固体C、聚偏氟乙烯、乙炔黑的质量比为80:(5-10):(15-10)；

所述步骤3)中，固体C在正极上的浓度为1.5-3mg/cm²；

所述步骤4)中氮掺杂碳包覆磷酸钛钠、聚偏氟乙烯、乙炔黑的质量比为80:(5-10):(15-10)；

所述步骤4)中，氮掺杂碳包覆磷酸钛钠在负极上的浓度为4.5-9mg/cm²。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)和4)中的集流体为石墨纸、铜箔、泡沫镍或不锈钢丝网；

所述步骤3)和4)中的真空干燥，干燥条件为：温度为80-120℃，时间为8-12h，真空度为0.09-0.1MPa。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中的正极和负极，其中正极上固体C与负极上氮掺杂碳包覆磷酸钛钠的质量之比为(3-3.5):1。

8.一种权利要求1-7任一项所述的制备方法制备的混合式超级电容器。

9.如权利要求8所述的混合式超级电容器，其特征在于，所述混合式超级电容器在0.5A/g下循环2000圈，容量保持率相对于首圈80-95％，比能量保持为14-17W h/kg，对应的比功率为503W/kg。