[發明專利]多孔碳材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810444710.1
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN110473710A
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 孫艷芝;郭士成;潘軍青
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/46
• 代理公司: 11283 北京潤平知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉依云;嚴政<國際申請>=<國際公布>=

本發明涉及電極材料制備領域，公開了多孔碳材料及其制備方法和應用。所述制備多孔碳材料的方法包括：(1)使鋁源和有機酸在表面活性劑的存在下進行反應，得到含鋁配合物；(2)將得到的含鋁配合物于真空或惰性氣氛中進行焙燒，得到含有Al₂O₃和C的多孔復合材料；(3)使用活化液浸泡得到的復合材料。本發明還公開了由上述方法制得的多孔碳材料及其在電極材料中的應用。此外，本發明還公開了一種電極材料為上述多孔碳材料的電容器。通過上述技術方案，本發明獲得了具有形貌規則的高比電容的多孔碳材料，其用作超級電容器的電極材料時能夠明顯提高電容器的循環容量和使用壽命。

技術領域

本發明涉及電極材料制備領域，具體涉及多孔碳材料及其制備方法和應用。

背景技術

當前由于煤、石油、天然氣等傳統化石能源的大量使用，能源儲量不斷減少，環境問題日益嚴重，新型能源不斷發展。然而使用新型能源仍然存在諸多限制，例如使用新型能源發電并不能直接并網，因此新型儲能設備應運而生，其中應用廣泛的是二次電池和超級電容器，廣泛應用于混合動力電動汽車，新型能源汽車有望成為替代燃油汽車成為了人們出行的清潔交通工具。

然而電動汽車的發展存在技術壁壘，主要包括：(一)當前電池儲能密度不能滿足汽車長久的行駛；(二)充電時間比較久，不如燃油車加油方便，存在諸多不便事宜；(三)電池壽命比較短。因此開發安全高性能的二次電池和超級電容器成為實現電動車廣泛使用的基礎條件。開發電極材料是突破電動車技術壁壘的重中之重。多孔碳材料比表面積大、導電性高、穩定性高、環境友好、成本低成為了理想的超級電容器電極材料。

現在商業化最高的多孔碳材料是JP17，但是孔結構不均勻，大孔居多，因此比容量較低。不同的孔道具有不同的作用，微孔能夠大大增加比表面積，增加活性位點，介孔和大孔有利于電解液的快速傳遞，因此現在研究雜合的孔結構的多孔碳更加有利于超級電容器電化學性能的提升。制備具有雜合結構多孔碳的方法主要有模板法和活化法，模板法制備過程復雜，炭化過程容易對孔道造成影響，高溫使孔道坍塌。活化法比較簡單，無污染，但是產率較低，不適合大規模生產。

因此開發簡單易操作、產率較高且性能優異的多孔碳材料的制備方法具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的操作過程復雜、產率較低和性能較差的問題，提供多孔碳材料及其制備方法和應用。

為了實現上述目的，本發明一方面提供了一種制備多孔碳材料的方法，該方法包括以下步驟：

(1)使鋁源和有機酸在表面活性劑的存在下進行反應，得到含鋁配合物；

(2)將得到的含鋁配合物于真空或惰性氣氛中進行焙燒，得到含有Al₂O₃和C的多孔復合材料；

(3)使用活化液浸泡得到的多孔復合材料。

本發明第二方面提供了由上述方法制得的多孔碳材料。

本發明第三方面提供了上述多孔碳材料在電極材料中的應用。

本發明第四方面提供了一種電容器，該電容器的電極材料為上述多孔碳材料。

通過上述技術方案，本發明獲得了形貌規整、尺寸均一的多孔碳材料，產率較高，且用作超級電容器的電極材料時能夠明顯提高電容器的循環容量和使用壽命。

附圖說明

圖1是根據本發明一種實施方式而獲得的多孔碳材料的掃描電子顯微鏡照片；

圖2是根據本發明一種實施方式而獲得的多孔碳材料的恒流充放電示意圖。

具體實施方式