[發明專利]一種不對稱型超級電容器及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 201811096005.3
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN109216046A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 張繼承;呂志祥
• 申請（專利權）人: 無錫德碳科技股份有限公司
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/32;H01G11/36;H01G11/40;H01G11/42;H01G11/46;H01G11/24;H01G11/84;H01G11/86;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

1.一種超級電容器，其特征在于，所述超級電容器的正極包括碳包覆二氧化錳納米球，負極包括雜原子摻雜的碳材料。

2.根據權利要求1所述的超級電容器，其特征在于，所述碳包覆二氧化錳納米球的粒徑為25～40nm；

優選地，所述碳包覆二氧化錳納米球的碳層厚度為3～8nm；

優選地，所述雜原子摻雜的碳材料中的雜原子為N原子、O原子、P原子或S原子中的任意一種或至少兩組的組合，優選為N原子；

優選地，所述雜原子的質量占雜原子摻雜的碳材料質量的3～20％；

優選地，所述雜原子摻雜的碳材料中的碳材料包括碳納米纖維、碳納米管、碳納米線、碳微球、石墨烯或活性碳中的任意一種或至少兩種的組合。

3.根據權利要求1或2所述的超級電容器，其特征在于，所述超級電容器包括正極、負極、隔膜和電解液，所述隔膜位于正極和負極之間，所述正極、負極和隔膜被電解液浸潤；

優選地，所述隔膜為含有微孔的聚乙烯膜；

優選地，所述電解液包括氯化鉀溶液；

優選地，所述電解液中溶質的濃度為0.5～5mol/L，優選為1mol/L。

4.根據權利要求1-3任一項所述的超級電容器的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

(1)制備碳包覆二氧化錳納米球；

(2)制備雜原子摻雜的碳材料；

(3)將步驟(1)所述碳包覆二氧化錳納米球制備成正極，將步驟(2)所述雜原子摻雜的碳材料制備成負極，將正極、負極、隔膜和電解液組裝為所述超級電容器。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述制備碳包覆二氧化錳納米球的方法包括以下步驟：在有機溶劑中加入表面活性劑，混合后加入由單體水溶液與過硫酸銨溶液混合形成的混合液，進行反應，之后固液分離得到包覆錳離子的樹脂微球，在惰性氣氛中對所述包覆錳離子的樹脂微球進行碳化處理，得到所述碳包覆二氧化錳納米球；其中，所述單體水溶液的溶質為丙烯酸錳和N,N-亞甲基雙丙烯酰胺；

優選地，所述有機溶劑包括環己烷和正丁醇的混合溶液；

優選地，所述表面活性劑包括聚氧乙烯烷基酚醚類乳化劑和十二烷基硫酸鈉組成的復合表面活性劑；

優選地，所述單體水溶液的溶質質量分數為10～50wt％；

優選地，所述過硫酸銨溶液中過硫酸銨的質量分數為10～30wt％；

優選地，所述混合為攪拌混合；

優選地，所述反應的溫度為50～80℃；

優選地，所述反應的時間為1～5h；

優選地，所述反應的同時伴有攪拌；

優選地，所述固液分離的方法為減壓蒸餾；

優選地，所述惰性氣氛包括氮氣氣氛和/或氬氣氣氛；

優選地，所述碳化處理的溫度為700～900℃；

優選地，所述碳化處理的時間為1～5h。

6.根據權利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述制備雜原子摻雜的碳材料的方法包括以下步驟：將碳材料與摻雜原料混合后，在惰性氣氛中進行加熱處理，得到雜原子摻雜的碳材料；

優選地，所述碳材料包括碳納米纖維、碳納米管、碳納米線、碳微球、石墨烯或活性碳中的任意一種或至少兩種的組合；

優選地，所述摻雜原料包括氮源、氧源、磷源或硫源中的任意一種或至少兩種的組合，優選為氮源；

優選地，所述氮源包括尿素、乙腈、雙氰胺、三聚氰胺、聚苯胺或聚吡咯中的任意一種或至少兩種的組合；

優選地，所述碳材料與摻雜原料的質量比為1:(0.1～1)；

優選地，所述混合為機械干混；

優選地，所述惰性氣氛包括氮氣氣氛和/或氬氣氣氛；

優選地，所述加熱處理的溫度為800～1200℃，優選為900℃；

優選地，所述加熱處理的時間為1～4h，優選為2h。