[發(fā)明專(zhuān)利]介質(zhì)碳電極材料及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210353300.9
• 申請(qǐng)日: 2012-09-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103086350A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余麗麗;趙景泰;陳昊鴻;楊昕昕
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C01B31/02
• 分類(lèi)號(hào): C01B31/02;B82Y40/00;H01G11/26;H01G11/86
• 代理公司: 上海專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 彭茜茜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種空心球介孔碳電極材料及其制備方法，屬于無(wú)機(jī)納米材料、電化學(xué)和新能源材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器，是介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種新型儲(chǔ)能系統(tǒng)，兼具常規(guī)電容器和電池這兩種儲(chǔ)能裝置的優(yōu)勢(shì)，具有較高的功率密度和能量密度。且與二次電池相比，超級(jí)電容器具有漏電流小、充放電時(shí)間短、比功率高和循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，可與二次電池組成混合電源系統(tǒng)用于滿足電動(dòng)汽車(chē)在啟動(dòng)、加速、爬坡時(shí)對(duì)充放電時(shí)間短要求。因此，超級(jí)電容器日益引起人們的廣泛關(guān)注和研究興趣。

電極材料是決定超級(jí)電容器性能的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)超級(jí)電容器的儲(chǔ)能機(jī)理——即雙電層電容機(jī)理，理論上，比電容值隨著電極材料比表面積的增加而增大。因此，具有大比表面積和良好導(dǎo)電性的碳材料成為超級(jí)電容器電極材料研究的熱點(diǎn)。其中，活性炭因其具有很高的比表面積成為研究最早、最廣泛的碳電極材料。但是，其電化學(xué)電容性能并不理想，特別是功率輸出性能較差。歸其原因，主要在于活性炭中孔徑分布不均，且具有很高的微孔比重。其過(guò)小的孔徑阻礙了電解液對(duì)碳表面的浸潤(rùn)和電解液在孔道中的傳輸。因此，近年來(lái)對(duì)碳凝膠、碳納米管、有序介孔碳等新型碳材料的研究成為了熱點(diǎn)。目前的研究結(jié)果表明，具有較大的孔徑和高孔容積率的大比表面積的介孔碳材料具有較高的能量密度和良好的功率輸出性能。

目前，制備介孔碳的方法主要有三種：催化活化法、混合聚合物碳化法和模板法。由于催化活化法和混合聚合物碳化法制備所得樣品存在大量微孔使其介孔率相對(duì)較低，且很難對(duì)其孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，因此，模板法常被用于介孔材料的制備。但是，由于模板法過(guò)程繁瑣、成本高，且有毒污染性強(qiáng)。而現(xiàn)有研究結(jié)果表明，電極材料的電容性能主要與比表面積利用率有關(guān)，而與有序、無(wú)序程度無(wú)直接關(guān)系。

因此，結(jié)合上述分析及目前存在的問(wèn)題，本發(fā)明旨在尋找一種非模板下簡(jiǎn)單易行、周期短且環(huán)境友好的合成高介孔率的大介孔碳的新方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一目的在于獲得一種非模板下簡(jiǎn)單易行、周期短且環(huán)境友好的合成高介孔率的大介孔碳。

本發(fā)明的第二目的在于獲得一種非模板下簡(jiǎn)單易行、周期短且環(huán)境友好的合成高介孔率的大介孔碳的新方法。

本發(fā)明的第三目的在于獲得一種非模板下簡(jiǎn)單易行、周期短且環(huán)境友好的合成高介孔率的介孔碳電極材料的電極。

本發(fā)明的第四目的在于獲得一種本發(fā)明所述的介孔碳電極材料在電容制品中的應(yīng)用。

本發(fā)明的第一方面提供一種介孔碳電極材料，所述介孔碳電極材料的介孔率不低于80%，且具有由10-20nm的介孔和3-6nm的孔壁構(gòu)成的納米空心球孔結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述空心球孔結(jié)構(gòu)是由均一的納米空心球組成，空心球孔結(jié)構(gòu)是由10-20nm的介孔和3-6nm的孔壁構(gòu)成。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述介孔碳電極材料的比表面積大于550m²g-¹之間，孔容大于1cm³g-¹之間。

本發(fā)明的第二方面提供一種本發(fā)明所述的介孔碳電極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)提供含碳源和造孔劑的凝膠；

(2)將所述凝膠在100-200℃預(yù)碳化，然后在保護(hù)氣體下碳化，其中碳化溫度不低于500℃，碳化時(shí)間2-6小時(shí)；得到碳化產(chǎn)物；

(3)用酸洗滌所述碳化產(chǎn)物后，進(jìn)行后處理獲得所述介孔碳電極材料，所述后處理包括分離、水洗、或干燥步驟。

在一個(gè)具體實(shí)施方式中采用下述方法進(jìn)行制備介孔碳電極：

制備含碳源和造孔劑的凝膠；

將步驟(1)所得凝膠先在100-200℃預(yù)碳化，然后在保護(hù)氣體下碳化，碳化溫度450-650℃，碳化時(shí)間2-6小時(shí)；

用酸洗滌步驟(2)所得產(chǎn)物后，分離，水洗，干燥。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述碳源為碳的聚合物、含碳高分子或大分子。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述碳源為糖類(lèi)碳源或是醇類(lèi)碳源。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述造孔劑為高錳酸鹽，按與碳源摩爾比0.25-1添加。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，選用的高錳酸鹽為高錳酸鉀，高錳酸納或高錳酸銨。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，

所述步驟(1)的凝膠的制備過(guò)程中，采用的溶劑為去離子水和/或有機(jī)溶劑；和/或

所述步驟(2)的保護(hù)氣體為惰性氣體，優(yōu)選氮?dú)狻鍤饣蚱浣M合；和/或

所述步驟(3)的酸為鹽酸、硝酸等。