[發明專利]基于海藻酸交聯結構的鋰離子混合電容器及其制備方法

在審

• 申請號: 201811209897.3
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109346332A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 劉慶雷;王寧;張荻
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海交通大學包頭材料研究院
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/32;H01G11/44;H01G11/46;H01G11/50;H01G11/84
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

1.一種基于海藻酸交聯結構的鋰離子混合電容器，其特征在于，所述鋰離子混合電容器的負極材料包括多孔金屬氧化物/碳復合材料，正極材料包括多孔碳材料；

所述多孔金屬氧化物/碳復合材料中包括金屬氧化物顆粒和多孔碳基體，所述金屬氧化物顆粒均勻分布在多孔碳基體中；所述多孔金屬氧化物/碳復合材料由海藻酸類物質與第一金屬陽離子交聯后的產物或者天然海藻產品經碳化制得；

所述多孔碳材料主要由海藻酸類物質與第二金屬陽離子交聯后的產物或者天然海藻產品經碳化、酸洗、活化制得。

2.根據權利要求1所述的基于海藻酸交聯結構的鋰離子混合電容器，其特征在于，所述金屬氧化物顆粒的尺寸為3-50納米；所述海藻酸類物質包括海藻酸、可溶性海藻酸鹽中的至少一種；所述天然海藻產品包括直接與海水中金屬陽離子交聯后的天然褐藻、海帶中的一種。

3.根據權利要求1所述的基于海藻酸交聯結構的鋰離子混合電容器，其特征在于，在多孔金屬氧化物/碳復合材料的制備中，所述第一金屬陽離子包括Fe²⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Mn⁴⁺、Sn²⁺、Sn⁴⁺中的一種或幾種；

在多孔碳材料的制備中，所述第二金屬陽離子為金屬活動順序排在氫前面的金屬多價陽離子。

4.根據權利要求1所述的基于海藻酸交聯結構的鋰離子混合電容器，其特征在于，在多孔金屬氧化物/碳復合材料與多孔碳材料的制備中，所述交聯的步驟具體為：將海藻酸類物質與第一金屬陽離子或第二金屬陽離子按照2:1-1:10的摩爾比混合，其中海藻酸類物質中的古洛糖醛酸鏈段與金屬陽離子發生交聯反應從而生成具有“egg-box”結構的交聯產物。

5.根據權利要求1或4所述的基于海藻酸交聯結構的鋰離子混合電容器，其特征在于，在多孔金屬氧化物/碳復合材料與多孔碳材料的制備中，所述碳化的步驟具體為：將交聯產物在惰性氣體氛圍保護下，以600-1200℃的高溫燒結1-12小時。

6.根據權利要求1所述的基于海藻酸交聯結構的鋰離子混合電容器，其特征在于，在多孔碳材料的制備中，所述酸洗的步驟具體為：將碳化產物加入強酸溶液中，攪拌0.5-24小時，之后用去離子水清洗產物直至pH為7。

7.根據權利要求1或6所述的基于海藻酸交聯結構的鋰離子混合電容器，其特征在于，在多孔碳材料的制備中，所述活化的步驟具體為：將酸洗產物與活化物質按照5:1-1:5的質量比均勻混合后在惰性氣體保護下高溫煅燒1-12小時，煅燒溫度為600-1200℃；所述活化物質包括KOH、NaOH、K₂CO₃、CaCl₂、H₃PO₄中一種或幾種。

8.根據權利要求1所述的基于海藻酸交聯結構的鋰離子混合電容器，其特征在于，所述多孔金屬氧化物/碳復合材料中，孔通道的來源為海藻酸類物質交聯過程中的有機鏈段重排及碳化過程中的有機鏈段分解，孔的尺寸為1-20納米。

9.根據權利要求1所述的基于海藻酸交聯結構的鋰離子混合電容器，其特征在于，所述多孔碳材料中，孔通道的來源包括海藻酸類物質交聯、碳化、酸洗和活化四個過程，孔的尺寸為0.5-20納米。

10.一種根據權利要求1所述的基于海藻酸交聯結構的鋰離子混合電容器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、將海藻酸類物質與第一金屬陽離子交聯后的產物或者天然海藻產品進行碳化得到多孔金屬氧化物/碳復合材料；

S2、將海藻酸類物質與第二金屬陽離子交聯后的產物或者直接以與海水中金屬陽離子交聯后的天然海藻產品，進行碳化、酸洗、活化得到多孔碳材料；

S3、以所述多孔金屬氧化物/碳復合材料為負極材料制備負極，以所述多孔碳材料為正極材料制備正極，將正極、負極與鋰離子電解液組合，即得鋰離子混合電容器。