[發明專利]一種小粒徑石墨烯復合石油焦基活性炭的制備方法及超級電容器

在審

• 申請號: 201710958262.2
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN109665524A
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 趙永彬;張在忠;劉磊;姜彤彤;程金杰
• 申請（專利權）人: 山東歐鉑新材料有限公司
• 主分類號: C01B32/318
• 分類號: C01B32/318;C01B32/372;H01G11/30;H01G11/34;H01G11/36
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種石墨烯復合石油焦基活性炭的制備方法，包括以下步驟，首先將石油焦顆粒與活化劑在第一氣體的條件下進行焦化和活化，再洗滌后得到活性炭分散液；然后將上述步驟得到的活性炭分散液、小粒徑氧化石墨烯溶液和還原劑混合加熱進行化學還原后，得到半成品；最后在第二氣體的條件下，將上述步驟得到的半成品進行熱處理后，得到石墨烯復合石油焦基活性炭。本發明采用堿化學活化過的石油焦基活性炭，匹配小粒徑氧化石墨烯，通過原位還原實現了石墨烯在石油焦基活性炭表面均勻包覆，穩定了石墨烯改性活性炭的比表面積，提高了分散均勻性，在高溫還原過程中使石墨烯的結構得以恢復，大大提高了活性炭的電導率，降低了超級電容器的阻抗。

技術領域

本發明屬于活性炭材料技術領域，涉及一種改性石油焦基活性炭的制備方法及超級電容器，尤其涉及一種小粒徑石墨烯復合石油焦基活性炭的制備方法及超級電容器。

背景技術

超級電容器是一種可提供強大脈沖功率的新型儲能器件。超級電容器由于儲能原理為物理電荷吸附，具有良好的大功率充放電性能，充電時，處于極化狀態的電極表面電荷吸引電解質溶液中的異性離子，使這些離子附于電極表面形成雙電層電容，從而在正負極之間產生穩定的電位差。超級電容器具有充放電速度快，功率密度高，并且有長達百萬次的循環壽命，適應惡劣環境，基本免維護等特點，已經在通信、軍事、新能源汽車、國家電網、港口機械等多個領域得到了成功的應用，并且在很多領域逐步開始替代鋰電池等二次電池。

超級電容器的儲電能力主要取決于電極材料可用于儲電的比表面積和電荷密集程度。從理論上說，電極表面積越大，電荷越密集，其容量就越大。目前采用的超級電容電極材料主要以碳基材料為主導，特別是活性炭具有價格低廉、成型性好、電化學穩定性高、比表面積大等特點，是目前超級電容器領域應用最廣泛的材料。活性炭的比表面積、孔徑分布、電導率、表面官能團、堆積密度等各項指標都會影響超級電容器的性能。活性炭的制備一般通過物理活化和化學活化制備，在活性炭前體如椰殼、石油焦、碳化樹脂等材料表面腐蝕出一定大小的孔徑，從而形成多孔的活性炭。然而活性炭的比表面積，孔徑分布，電導率，表面官能團，堆積密度等各項指標都會影響超級電容器的性能，因而制備高能量密度和高功率密度的電極材料一直是超級電容器領域的核心問題，這種電極材料需要有穩定的比表面積，合理的孔徑分布以及良好的電導率。

目前對活性炭的改性的方法主要是通過氫氧化鉀與活性炭前體在高溫下反應制備。但所用的方法制備的活性炭性能仍然有很大不足，具體表現在：制備的活性炭主要以微孔為主，孔徑分布不合理；制備過程中所用的堿比例較高；制備的活性炭性能仍然無法滿足對容量方面的要求；制備的活性炭內阻較大等等。而且也有部分采用石墨烯改性活性炭的專利，但對活性炭來源選擇性不強，缺乏針對性的研究，而且常見的復合路徑有以下幾種：一、石墨烯和活性炭物理混合；二、石墨烯或氧化石墨烯和活性炭前體共混，再共活化。而且石墨烯的分散性不好，導致電導率不理想，難于實現工業化生產，難以滿足應用需求。

因此，如何得到一種導電性能更穩定的高比表面積的活性炭材料制備方法，使其更適用于超級電容器電極材料，而且更利于工業化大規模生產，具有重要實際意義，也成為領域內前瞻性研究人員廣泛關注的焦點之一。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種小粒徑石墨烯復合石油焦基活性炭及其制備方法、超級電容器，本發明提供的小粒徑石墨烯改性的石墨烯復合石油焦基活性炭，具有更好的電導率，穩定均一的高比表面積，重現性好以及低內阻等特點，能夠作為超級電容炭，制備性能更好的超級電容器。

本發明提供了一種石墨烯復合石油焦基活性炭的制備方法，包括以下步驟：

A)將石油焦顆粒與活化劑在第一氣體的條件下進行焦化和活化，再洗滌后得到活性炭分散液；

B)將上述步驟得到的活性炭分散液、小粒徑氧化石墨烯溶液和還原劑混合加熱進行化學還原后，得到半成品；