[發明專利]中等孔徑活性炭的制備方法

在審

• 申請號: 201510330411.1
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN104891492A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發明（設計）人: 林海亭;韓家軍;程瑾寧
• 申請（專利權）人: 威海文隆電池有限公司
• 主分類號: C01B31/12
• 分類號: C01B31/12
• 代理公司: 北京怡豐知識產權代理有限公司 11293
• 代理人: 于振強

技術領域

本發明涉及電池材料領域，具體說是一種中等孔徑活性炭的制備方法。

背景技術

活性炭具有優良的物理和化學穩定性，發達的孔結構和極高的吸附容量,被廣泛應用于食品、化工、環境保護、制藥和新能源等相關行業。特別是中孔活性炭(孔徑2nm<r<50nm)在一些新的應用領域，如催化劑載體、電池電極、超級電容器、氣體存貯和生物醫藥中，得到了廣泛應用。其中高導電性的中孔活性炭在電池和超級電容器類儲能用電極材料中的研發越來越受到關注。

作為儲能材料的活性炭，必須具備大的比表面積，因為比表面積越大，活性炭的容量越高，儲能材料的比容量和比能量越高；同時活性炭還應該具有豐富的中孔結構，如果孔徑太小，如微孔結構(r<2nm)，溶液的陰離子半徑大，則無法擴散微孔內部，導致活性炭的利用率下降；孔徑太大，必然導致活性炭的比表面積小，而且結構強度差；同時，活性炭還應該具有優異的導電性，作為儲能電極材料，活性炭優異的導電性可以大幅度降低電池內阻，提高電池的能量利用率。由于儲能材料在使用過程中伴隨著充放電，即電化學氧化還原反應，而且電池和電容的電解液往往是強酸，強堿或者各種有機溶劑，所以活性炭必須具有優異的物理和化學穩定性。

活性炭是由有機或者無機的含碳材料制成，常用的有機材料如椰殼，稻殼，木屑，甘蔗渣和各種海藻等，無機材料有泥煤，煙煤和褐煤等，還有采用各種樹脂如酚醛樹脂，醇酸樹脂和聚丙烯腈等。采用不同原料得到的活性炭的性能和應用領域有很大的區別。其中采用酚醛樹脂和聚丙烯腈樹脂制備的活性炭具有孔隙發達和中孔比例高的優點，在電池和電容領域得到廣泛應用。然而酚醛樹脂和聚丙烯腈樹脂的含碳量低，能耗大，原料成本高，導致該種類活性炭的價格一直居高不下。本發明采用價格低廉且微孔發達的椰殼活性炭，木質活性炭或者煙煤活性炭為原料，在氫氧化物乙醇溶液中，在超聲波的作用下進行擴孔，然后再經過高溫石墨化，得到了比表面積大、中孔比例高、導電性好的儲能材料用活性炭。

早在19世紀初期，已有大量關于微孔活性炭的報道，活性炭逐漸廣泛應用于制糖業。中孔活性炭在19世紀末20世紀初才陸續有文獻報道。1995年，Oya等人發表在Carbon上的文章，闡述了采用鈷催化活化法，用酚醛樹脂制得了中孔率約50％，中孔表面積大約200m²/g的活性炭纖維。1997年，他們采用椰殼活性炭為原料，用葡萄糖或氨基葡萄糖浸漬，然后高溫炭化，并用二氧化碳進行活化，制得制成的活性炭中孔容積0.26～0.52cm³/g，中孔表面積97～372m²/g的顆粒中孔活性炭。

國外關于儲能材料專用活性炭的研究并不多，日本和美國在該領域的研究比較早。1995年，美國Takeshi?M等人就公開發表了文章《development?and?current?status?of?electric?double-layer?capacitors》，論述了活性炭孔徑對電容的影響。2000年，日本采用球磨法制備了粒度均勻(1～7μm)，比表面積1300～2100m²/g，專門用于生產雙電層超級電容器的活性炭，其比容量超過80F/g(日本專利申請公開公報2000-182904號)。隨后，他們又申報了具有更高比表面積和導電性的活性炭的制備工藝，關鍵技術是活性炭后續處理石墨化工藝(日本專利申請公開公報2006-324183號)。目前，性能最好電極活性炭是日本AIR-WATER株式會社采用酚醛樹脂和多聚肉桂醇丁縮醛混合物碳化法制備了顆?；钚蕴?，比表面積超過3300m²/g，導電性超過5S/cm，法拉第電容高達420F/g。但是，該活性炭價格昂貴，折合人民幣2000元/kg，而且還作為戰略物資，僅限于日本國內銷售。