[發明專利]一種多孔碳材料及其制備方法與超級電容器

有效

• 申請號: 202010008130.5
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN113072066B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 曹樹彬;劉凡;顧曉瑜;殷先德;長世勇
• 申請（專利權）人: 廣州汽車集團股份有限公司
• 主分類號: C01B32/312
• 分類號: C01B32/312;C01B32/348;H01G11/24;H01G11/34
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 黃華蓮;郝傳鑫

本發明所述一種多孔碳材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將大網格樹脂置于過渡金屬鹽溶液中，攪拌，干燥處理；(2)將步驟(1)所得產物和碳酸氫鉀加入氫氧化鈣溶液中，攪拌，干燥；(3)將步驟(2)所得產物在惰性氣氛下進行碳化處理，得所述多孔碳材料。本發明所述多孔碳材料的制備方法具有：1)工藝簡單，無需后期模板刻蝕，非碳殘余物易清除，成本低廉，部分原料可循環利用，易于實現規模化生產；2)采用氫氧化鈣、碳酸氫鉀作為造孔劑，通過調控樹脂、兩種堿的比例，可以調控碳材料中的孔結構；3)活性炭具有層數少、比表面積大、電導率高、密度低、不易再堆疊等優點；4)吸液量較低，極片涂覆工藝性能良好。

技術領域

本發明涉及一種碳材料及其制備方法，具體涉及一種多孔碳材料及其制備方法與超級電容器。

背景技術

超級電容器是一類應用廣泛的新型儲能器件。目前，超級電容器在多個領域，如移動通訊，消費電子，電動交通工具，航空航天等具有很大的潛在應用價值。而超級電容器的性能主要取決于電極活性材料，這些材料目前仍然因其相對較低的能量密度使超級電容器難以滿足當前社會的諸多需求。目前，工業上主要使用KOH活化法對石油焦、生物質進行化學活化得到活性炭，盡管KOH法能得到2000m²/g以上的活性炭，但是此法具有強腐蝕性，會對制備器械造成腐蝕，且獲得的孔結構以微孔為主，導致此法所得的超級電容器電極材料倍率性能較低，不能發揮超級電容器的功率性能。雖然有人使用不同的堿，如碳酸鉀等，但是單一堿活化所得的活性炭均難以得到高性能超級電容器電極材料。另外，超級電容器的工作原理促使碳材料應具有分級多孔結構。目前主流的方法是使用軟、硬模板法，但是這些方法往往需要繁雜的工藝步驟。

目前分級孔結構碳材料制備多采用硬、軟模板法。

如發明專利CN107098330A先制備出互穿聚合物網絡，然后與KOH混合，經過活化，利用KOH造孔、樹脂本身碳化形成孔隙以及聚合物熱解產生氣體逸出留下孔隙，得到分級多孔碳材料，該法制備的樣品比表面積最高達到1762m²/g，在20A/g的大電流下比電容僅降低了18％，具有優異的倍率性能。

如發明專利CN109384214A利用多糖、表面活性劑、石蠟和水混合得到穩定的細乳液,之后將細乳液經凝膠化和冷凍干燥制成干凝膠，得到的干凝膠經過碳化、酸洗、水洗及干燥得到多孔碳電極材料。該法借助表面活性劑、石蠟在碳材料中作為模板，得到分級多孔碳材料。

發明專利CN104843704A以碳酸鉀為造孔劑，利用球磨混合方式將碳酸鉀與碳源粉末混勻，再經過活化、洗滌、干燥過程得到分等級孔道結構。雖然該法成功解決碳酸鉀難以活化重質碳源的難題，但其所得的活性炭比表面積較低，不超過1200m²/g。

發明專利CN104495842A以Ca(OH)₂、KOH作為活化劑，將煤粉為碳源，經過活化后得到中微孔發達、比表面積大的活性炭。此法由于僅簡單地將煤粉與活化劑進行干混，活化劑的活化效果并未達到最大化，導致活化劑的浪費。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足之處而提供一種多孔碳材料及其制備方法與超級電容器。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種多孔碳材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將大網格樹脂置于過渡金屬鹽溶液中，攪拌，干燥處理；

(2)將步驟(1)所得產物和碳酸氫鉀加入氫氧化鈣溶液中，攪拌，干燥；

(3)將步驟(2)所得產物在惰性氣氛下進行碳化處理，得所述多孔碳材料。