[发明专利]基于海藻酸交联结构的锂离子混合电容器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于海藻酸交联结构的锂离子混合电容器，其特征在于，所述锂离子混合电容器的负极材料包括多孔金属氧化物/碳复合材料，正极材料包括多孔碳材料；

所述多孔金属氧化物/碳复合材料中包括金属氧化物颗粒和多孔碳基体，所述金属氧化物颗粒均匀分布在多孔碳基体中；所述多孔金属氧化物/碳复合材料由海藻酸类物质与第一金属阳离子交联后的产物或者天然海藻产品经碳化制得；

所述多孔碳材料主要由海藻酸类物质与第二金属阳离子交联后的产物或者天然海藻产品经碳化、酸洗、活化制得。

2.根据权利要求1所述的基于海藻酸交联结构的锂离子混合电容器，其特征在于，所述金属氧化物颗粒的尺寸为3-50纳米；所述海藻酸类物质包括海藻酸、可溶性海藻酸盐中的至少一种；所述天然海藻产品包括直接与海水中金属阳离子交联后的天然褐藻、海带中的一种。

3.根据权利要求1所述的基于海藻酸交联结构的锂离子混合电容器，其特征在于，在多孔金属氧化物/碳复合材料的制备中，所述第一金属阳离子包括Fe²⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Mn⁴⁺、Sn²⁺、Sn⁴⁺中的一种或几种；

在多孔碳材料的制备中，所述第二金属阳离子为金属活动顺序排在氢前面的金属多价阳离子。

4.根据权利要求1所述的基于海藻酸交联结构的锂离子混合电容器，其特征在于，在多孔金属氧化物/碳复合材料与多孔碳材料的制备中，所述交联的步骤具体为：将海藻酸类物质与第一金属阳离子或第二金属阳离子按照2:1-1:10的摩尔比混合，其中海藻酸类物质中的古洛糖醛酸链段与金属阳离子发生交联反应从而生成具有“egg-box”结构的交联产物。

5.根据权利要求1或4所述的基于海藻酸交联结构的锂离子混合电容器，其特征在于，在多孔金属氧化物/碳复合材料与多孔碳材料的制备中，所述碳化的步骤具体为：将交联产物在惰性气体氛围保护下，以600-1200℃的高温烧结1-12小时。

6.根据权利要求1所述的基于海藻酸交联结构的锂离子混合电容器，其特征在于，在多孔碳材料的制备中，所述酸洗的步骤具体为：将碳化产物加入强酸溶液中，搅拌0.5-24小时，之后用去离子水清洗产物直至pH为7。

7.根据权利要求1或6所述的基于海藻酸交联结构的锂离子混合电容器，其特征在于，在多孔碳材料的制备中，所述活化的步骤具体为：将酸洗产物与活化物质按照5:1-1:5的质量比均匀混合后在惰性气体保护下高温煅烧1-12小时，煅烧温度为600-1200℃；所述活化物质包括KOH、NaOH、K₂CO₃、CaCl₂、H₃PO₄中一种或几种。

8.根据权利要求1所述的基于海藻酸交联结构的锂离子混合电容器，其特征在于，所述多孔金属氧化物/碳复合材料中，孔通道的来源为海藻酸类物质交联过程中的有机链段重排及碳化过程中的有机链段分解，孔的尺寸为1-20纳米。

9.根据权利要求1所述的基于海藻酸交联结构的锂离子混合电容器，其特征在于，所述多孔碳材料中，孔通道的来源包括海藻酸类物质交联、碳化、酸洗和活化四个过程，孔的尺寸为0.5-20纳米。

10.一种根据权利要求1所述的基于海藻酸交联结构的锂离子混合电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将海藻酸类物质与第一金属阳离子交联后的产物或者天然海藻产品进行碳化得到多孔金属氧化物/碳复合材料；

S2、将海藻酸类物质与第二金属阳离子交联后的产物或者直接以与海水中金属阳离子交联后的天然海藻产品，进行碳化、酸洗、活化得到多孔碳材料；

S3、以所述多孔金属氧化物/碳复合材料为负极材料制备负极，以所述多孔碳材料为正极材料制备正极，将正极、负极与锂离子电解液组合，即得锂离子混合电容器。