[發明專利]一種活性炭、其制備方法及在超級電容器電極的用途

在審

• 申請號: 201710138654.4
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN106698427A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 張松濤;汪福明;任建國;岳敏
• 申請（專利權）人: 深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司
• 主分類號: C01B32/348
• 分類號: C01B32/348;C01B32/324;C01B32/33;H01G11/24;H01G11/34;H01G11/44
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟,侯桂麗

技術領域

本發明屬于超級電容器電極材料領域，涉及一種活性炭、其制備方法及在超級電容器電極的用途。

背景技術

超級電容器技術的發展核心是電極材料，開發高性能、低成本的電極材料是超級電容器研究工作的重要內容。其中，活性炭材料由于具有穩定的使用壽命及大規模的工業化生產基礎而被廣泛采用，以滿足電動汽車等對超級電容器高能量/高功率密度的迫切需求。活性炭是一種孔隙發達、比表面積大、成本相對低廉的功能型碳材料，是商用化超級電容器主要的電極材料。

活性炭的制備通常需經過高溫預炭化處理，因而增加了工業生產中的步驟，提高了成本，這也是目前活性炭制備過程中一個比較普遍的問題。同時，炭化很容易引起活性炭前驅體結構坍塌，從而破壞原料自身的結構，進而導致活化反應不均勻，活性炭孔結構混亂無序。目前，化學活化法制備活性炭通常是以氫氧化鉀為活化劑，在制備高比表面積活性炭時，往往需要較高的活化劑用量以及較高的活化溫度，這將導致活化收率降低，能耗增加，提高了生產成本且污染嚴重；此外，制得的活性炭孔徑主要分布在微孔范圍內，孔徑分布難以調控，在超級電容器中的應用大大受限。

生產活性炭的原料主要包括植物類，石油焦類和高分子樹脂類。通常，植物果殼，石油焦和高分子樹脂質硬，加工性能差；且結構致密，比較難以活化。用它們為原料制備活性炭時，需先進行預處理，以調整內部結構，降低活化難度；同時使易揮發物質燒失，形成一定的孔隙度，以增大與活化劑的接觸面積，提高活化效率及活化劑的利用率。如中國專利CN104891491B公開了一種超級電容器用竹筍殼基活性炭的制備方法，中國專利CN 102838115B公開了一種超級電容器用石油焦基高比表面積活性炭的制備方法，中國專利CN 1291587A公開了一種以酚醛樹脂為原料制作超級電容器電極的活性炭制備方法，然而它們共同的特點是首先需要對活性炭原料進行或焦化，或碳化，或預氧化等預處理步驟。

因此，開發一種工藝簡單、成本低、比表面積和孔徑分布可控的活性炭，是超級電容器電極材料領域的技術難題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種低成本、高性能，比表面積和孔徑分布可控的活性炭、其制備方法及在超級電容器電極的用途。本發明通過對活性炭原料粒度、熔融浸漬工藝以及活化工藝的調整，促進了活化劑對原料的浸漬熔融及活化效果，增強了接觸，提高了活化反應的均勻性和充分性，同時降低了活化劑的團聚和泡化現象，本發明的活性炭的比表面積大于2000m²/g，采用本發明的活性炭制成的超級電容器電極具有很高的容量，質量比電容大于130F/g。

為達上述目的，本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明提供一種活性炭的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將活性炭原料與活化劑混合，加熱，在惰性氣體保護下進行活化劑熔融浸漬處理；

(2)繼續升溫，對步驟(1)得到的熔融浸漬產物進行活化處理；

(3)將步驟(2)得到的活化產物在惰性氣體保護下進行熱處理，得到活性炭。

優選地，步驟(1)所述活性炭原料為植物果殼、煅前石油焦或高分子樹脂中的任意一種或至少兩種的混合物。

本發明所述植物果殼例如為椰殼、杏殼、核桃殼和荔枝殼等。但并不限于上述列舉的植物果殼，其他可達到相同效果的植物果殼也可用于本發明。

優選地，步驟(1)所述活性炭原料為經過預處理的活性炭原料和/或未經過預處理的活性炭原料，優選為未經過預處理的活性炭原料。

所述“經過預處理的活性炭原料和/或未經過預處理的活性炭原料”中的“預處理”為本領域常用的預處理方式，比如碳化處理、焦化處理和預氧化處理等。

本發明的活性炭原料的自身結構和骨架較為有序，表面官能團含量高，與本發明所述的活化劑經熔融浸漬工序和活化工序，可以達到很好的反應和活化，降低活化反應進行的難易程度，有利于孔結構的調控。

本發明的方法針對的原料既可以是經過本領域的預處理方法進行預處理后的活性炭原料，也可以是未經過本領域的預處理方法預處理的活性炭原料。這兩種情況下，采用本發明的方法先與活化劑混合，加熱，在惰性氣體保護下進行熔融浸漬處理，繼續升溫實現活化，再熱處理均可性能優異的活性炭，活性炭的比表面積大于2000m²/g，而且，采用本發明的活性炭制成的超級電容器電極具有很高的容量，質量比電容大于130F/g。