【CN110310840A】钾离子混合超级电容器用正极活性材料和钾离子混合超级电容器【专利】

超级电容器电极材料超级电容器是一种储能装置，它具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命和快速充放电等优点，因此在电子产品、新能源汽车、医疗设备等领域具有广泛的应用前景。

而超级电容器的性能很大程度上取决于电极材料的选择和设计。

本文将重点介绍超级电容器电极材料的研究进展和应用前景。

目前，超级电容器的电极材料主要包括活性碳、金属氧化物和导电聚合物等。

活性碳是一种常用的电极材料，具有较高的比表面积和良好的孔隙结构，能够提供丰富的储能空间。

金属氧化物电极材料具有较高的比电容和良好的电化学稳定性，如氧化铁、氧化钼等。

而导电聚合物电极材料具有良好的导电性和柔韧性，如聚咔唑、聚吡咯等。

这些电极材料各具特点，可以根据超级电容器的具体应用需求进行选择和设计。

近年来，石墨烯作为一种新型碳基材料，受到了广泛关注。

石墨烯具有高导电性、高比表面积和优良的机械性能，被认为是一种理想的超级电容器电极材料。

研究表明，采用石墨烯作为超级电容器电极材料，可以显著提高电容器的能量密度和功率密度，同时具有良好的循环寿命和快速充放电特性。

因此，石墨烯在超级电容器领域具有巨大的应用潜力。

除了石墨烯，碳纳米管也是一种备受关注的电极材料。

碳纳米管具有优异的导电性和机械性能，能够有效提高超级电容器的电化学性能。

研究表明，将碳纳米管与其他电极材料复合使用，可以显著提高超级电容器的性能，如提高比电容、降低内阻等。

因此，碳纳米管在超级电容器电极材料中也具有重要的应用前景。

此外，金属有机骨架材料（MOFs）和碳化硅等新型材料也被广泛研究用于超级电容器电极材料。

MOFs具有高孔隙度和可调控的结构，能够提供丰富的储能空间和优异的电化学性能。

碳化硅具有优异的导电性和化学稳定性，能够有效提高超级电容器的性能。

因此，这些新型材料在超级电容器领域也具有广阔的应用前景。

总的来说，超级电容器的性能取决于电极材料的选择和设计。

目前，石墨烯、碳纳米管、MOFs和碳化硅等新型材料被广泛研究用于超级电容器电极材料，能够显著提高超级电容器的能量密度、功率密度和循环寿命，具有广阔的应用前景。

揭秘超级电容器核心技术（图）
伴随着新能源技术发展的日新月异，锂电池、燃料电池等相关产品技术备受关注，而同样作为储能装置的超级电容器或许还未被大众所熟知。

因具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，超级电容器得到了业内人士的普遍认可，且行业增长迅速。

其用途广泛，可用于公共交通，电网，以及众多的工业应用领域。

只要是移动的物体，超级电容器都可以来捕捉它的能源，对其进行重复使用。

超级电容器是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的电容量的。

与利用化学反应的蓄电池不同，超级电容器的充放电过程始终是物理过程，性能十分稳定，故而安全系数高、低温性能好、寿命长且免维护。

超级电容器的核心元件是电极，电极的制造工艺目前分为干电极与湿电极两种技术。

干电极技术是仅通过干混活性碳粉和粘合剂加工成电极。

湿电极技术在制作电极的过程中，除了活性碳粉和粘合剂还需加入液态的溶剂。

由于液态溶剂会影响超级电容器的工作性能，因此还需使用烘箱对其进行干化处理，将溶剂从电极中去除。

这意味和干电极技术相比，湿电极技术工序更长，而且有额外的生产成本。

另外，烘干处理很难将溶剂彻底去除。

在超级电容器工作过程中，溶剂杂质会发生反应产生额外物质，影响电极和电解质的性能。

而反应产生的气体更会加速超级电容器的老化。

因此，采用湿电极技术的超级电容器相对寿命较短，可靠性低，稳定性差。

下表列出采用干电极工艺和湿电极工艺的具体比较：。

专利名称：钾离子混合超级电容器用正极活性材料和钾离子混合超级电容器
专利类型：发明专利
发明人：钟贵明,陈慧鑫,岳红军,胡婷,卢灿忠
申请号：CN201910222934.2
申请日：20190322
公开号：CN110310840A
公开日：
20191008
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种钾离子混合超级电容器用正极活性材料，其特征在于：所述的正极活性材料为能够与钾离子发生吸脱附反应和转化反应的材料。

本发明还包括一种钾离子混合超级电容器，包括正极，所述的正极包括正极集流体和正极材料，正极材料包括正极材料活性物质,其特征在于：所述的正极材料活性物质为能够与钾离子发生吸脱附反应和转化反应的材料。

本发明所述的钾离子混合超级电容器用正极活性材料和采用该正极活性材料的钾离子混合超级电容器，具有的有益效果为：具有更高的能量密度和功率密度，同时保持良好的功率密度和循环容量；并具有良好的功率密度；具有比表面积较大，材料来源广泛，价格低廉等优点。

申请人：厦门稀土材料研究所
地址：361000 福建省厦门市集美区兑山西珩路258号
国籍：CN
代理机构：厦门律嘉知识产权代理事务所(普通合伙)
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专利名称：一种氟化钾掺杂富锂锰基材料及其制备方法和应用专利类型：发明专利
发明人：张震,王倩
申请号：CN202010115495.8
申请日：20200225
公开号：CN111342008A
公开日：
20200626
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种氟化钾掺杂富锂锰基材料及其制备方法和应用。

所述制备方法包括以下步骤：制备碳酸钠和氨水构成的沉淀剂溶液，制备过渡金属盐溶液，通过共沉淀法制备过渡金属碳酸盐前驱体，将前驱体配锂再高温煅烧，在配锂的过程中加入氟化钾制备氟化钾掺杂的富锂锰基正极材料。

本发明将氟化钾用于锂离子电池正极材料掺杂改性，所用的掺杂方法简单，得到的氟化钾掺杂富锂锰基材料用于锂离子电池正极材料时电化学性能明显改善，在10C(1C＝200mA g)的电流密度下，具有131.57mAh g的高比容量，循环1500圈后，容量保持率达到93.37％。

申请人：华南理工大学
地址：510640 广东省广州市天河区五山路381号
国籍：CN
代理机构：广州市华学知识产权代理有限公司
代理人：宫爱鹏
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专利名称：钾离子电池用正极材料KMnO及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：林宝伟,夏晖,房灵哲,徐璟
申请号：CN201810681371.9
申请日：20180627
公开号：CN110649259A
公开日：
20200103
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种钾离子电池用正极材料KMnO及其制备方法。

所述方法按KMnO与KF的摩尔比为1：2～6，将KMnO溶液和KF溶液混合，用稀HSO调节pH至1～3，加入基底材料，于100℃～140℃下进行水热反应，制得δ‑MnO纳米片阵列，再将δ‑MnO纳米片阵列置于1M～5M KOH溶液中，于160℃～240℃下进行水热反应，制得KMnO材料。

本发明制作工艺简单、生产成本低、可大规模应用于生产中，制得的钾离子电池用正极材料KMnO的比容量、倍率性能、循环稳定性和库伦效率等均显示出优良的电化学性能。

申请人：南京理工大学
地址：210094 江苏省南京市孝陵卫200号
国籍：CN
代理机构：南京理工大学专利中心
代理人：刘海霞
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专利名称：一种钾离子混合电容器及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：刘继磊,彭玉凡,张睿
申请号：CN202010472009.8
申请日：20200529
公开号：CN111584248B
公开日：
20220128
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种钾离子混合电容器及其制备方法，所述钾离子混合电容器包括电容型正极、电池型负极和有机电解液，其制备包括下述的步骤：1)电容型正极制备，包括电容型正极材料的制备、正极混料、涂覆、冲片；2)电池型负极制备，包括电池型负极材料的制备、负极混料、涂覆、冲片；3)有机电解液配制；4)钾离子混合电容器组装，其中正/负极质量比为从不同电流密度下获得的最优的质量比。

本发明兼具高能量密度和高功率密度特性，显示出在制动装置、电动汽车供能、航空航天等领域的应用潜力。

申请人：湖南大学
地址：410082 湖南省长沙市岳麓区麓山南路1号湖南大学
国籍：CN
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超级电容器中的电解质设计与合成超级电容器是一种高性能储能装置，具有高能量密度和高功率密度的特点。

其中，电解质是超级电容器中的重要组成部分，其设计与合成对于超级电容器的性能至关重要。

首先，电解质的设计需要考虑其离子导电性能。

离子在电解质中的迁移速率决定了超级电容器的充放电速度。

因此，设计一种具有高离子迁移速率的电解质是提高超级电容器性能的关键。

在电解质的设计过程中，可以采用无机盐或有机盐作为电解质的主要成分。

无机盐通常具有较高的离子迁移速率，但其溶解度和稳定性较差。

有机盐则具有较好的溶解度和稳定性，但其离子迁移速率较低。

因此，可以通过调整无机盐和有机盐的比例来平衡离子迁移速率和电解质的溶解度和稳定性。

其次，电解质的设计还需要考虑其电化学稳定性。

电解质在超级电容器的充放电过程中会受到较大的电场和电流的作用，因此，电解质必须具有较好的电化学稳定性，以避免电解质的分解和损坏。

为了提高电解质的电化学稳定性，可以采用一些具有较好氧化还原性能的有机分子作为电解质的成分。

这些有机分子具有较高的氧化还原电位，可以在超级电容器的充放电过程中稳定地接受和释放电荷。

此外，电解质的设计还需要考虑其溶解度和粘度。

电解质的溶解度和粘度直接影响超级电容器的能量密度和功率密度。

较高的溶解度可以提高电解质的离子浓度，从而提高超级电容器的能量密度。

而较低的粘度可以降低电解质的内阻，从而提高超级电容器的功率密度。

因此，在电解质的设计过程中，需要选择具有较好溶解度和较低粘度的化合物作为电解质的成分。

最后，电解质的合成是实现电解质设计的关键步骤。

电解质的合成需要考虑合成方法的简单性、成本和环境友好性。

目前，常见的电解质合成方法包括溶剂热法、溶剂蒸发法和固相合成法等。

这些方法可以根据电解质的成分和性质选择合适的合成方法。

此外，还可以通过结构优化和功能化改性等手段来改善电解质的性能。

总之，超级电容器中的电解质设计与合成是提高超级电容器性能的关键。