[發明專利]一種超容炭及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201810779187.8
• 申請日: 2018-07-16
• 公開（公告）號: CN110723733B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 常明珠
• 申請（專利權）人: 深圳市環球綠地新材料有限公司
• 主分類號: C01B32/318
• 分類號: C01B32/318;C01B32/348;C01B32/378;H01G11/34
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞

本發明屬于電極材料制備技術領域，具體涉及一種超容炭及其制備方法和用途。所述超容炭經過活化完成并清洗后，其金屬含量為100ppm以下，其表面積B為1200?4000m²/g。其制備方法包括如下步驟：1)將熱固性樹脂、堿性化合物與固化劑混合后加熱，造粒得到顆粒；2)將步驟1)得到的顆粒進行碳化；3)將步驟2)得到的產物進行預活化和活化。本發明的制備方法，能夠以良好的收率和較低的成本制備得到具有較低金屬含量和高比表面積的超容炭，例如金屬含量為100ppm以下，比表面積B為1200～4000m²/g的活性炭，使得制備的活性炭可用作超級電容器電極材料。

技術領域

本發明屬于電極材料制備技術領域，具體涉及一種超容炭及其制備方法和用途。

背景技術

超級電容是近幾年才批量生產的一種無源器件，介于電池與普通電容之間，具有電容的大電流快速充放電特性，同時也有電池的儲能特性，并且重復使用壽命長，放電時利用移動導體間的電子(而不依靠化學反應)釋放電流，從而為設備提供電源。超級電容器極長的工作壽命和快速充放電特性，也在電動車輛、混合動力車輛、電動工具、電動玩具、鐵路系統、電力系統等廣泛的領域得到應用。活性炭具有寬泛的非特異性吸附性能，并且因此是最廣泛使用的吸附劑。通常，活性炭可以來源于椰子殼、木炭和木材、泥煤、石煤、瀝青、樹脂等。近年來，人們開發出可用于超級電容的超級電容活性炭(又稱“超容炭”)，其是一種新型高吸附活性炭，主要用于超級電容器(也稱雙電層電容器、電化學電容器)。應用于超級電容的超容炭需要具有較高的比表面積和容量，以及優異的電化學性能。然而，現有的樹脂基活性炭往往在上述方面性能欠佳，難以滿足超級電容的要求，導致應用受到較大限制。

此外，現有制備方法得到的超容炭產品金屬含量高，例如堿金屬含量高，容易發生金屬的還原析出所致的枝結晶化現象，從而導致超級電容器出現短路等故障。

因此，亟需開發可應用于超級電容的金屬含量、比表面積、容量或電化學性能等得到改善的超容炭產品，以促進超級電容性能的進一步改善。

發明內容

為了改善現有技術的不足，本發明提供了一種超容炭，所述超容炭經過活化完成并清洗后，其金屬含量可以為100ppm以下，例如95ppm、90ppm、85ppm、80ppm、75ppm、70ppm、65ppm、60ppm、55ppm、50ppm、45ppm、40ppm、35ppm、30ppm、25ppm、20ppm、15ppm、10ppm或5ppm以下。

作為實例，所述金屬可以為Li、Na、K、Ca、Cs中的一種或多種。

根據本發明，所述清洗的方法包括：將球形超容碳與酸性溶液混合，使用水洗滌，干燥，再使用雙氧水溶液超聲清洗，再次水洗干燥，得到球形超容碳。

根據本發明，所述酸性溶液選自鹽酸、硫酸或硝酸等無機酸性溶液。

根據本發明，所述酸性溶液的質量分數可以為0.5～2.0％。

根據本發明，使用酸性溶液處理的溫度可以為40～80℃，優選為60～80℃，處理的時間可以為10～240min，優選30～200min。

根據本發明，所述球形超容碳與酸性溶液的質量體積比為1g:50mL。

根據本發明，所述雙氧水溶液的質量分數可以為20～30％。

根據本發明，使用雙氧水溶液處理的溫度可以為40～80℃，優選為60～80℃，處理的時間可以為1～12h，優選6～10h。

根據本發明，所述球形超容碳與雙氧水溶液的質量體積比為1g:50mL。

根據本發明，所述超容炭的比表面積B為1200-4000m²/g，例如，1300-3500m²/g，如1500-2800m²/g。