[發明專利]兩步活化高性能活性炭、制備方法及鋰離子電容器電極

有效

• 申請號: 202010915443.9
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112250067B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 拜永孝;肖永成;黨錫江;張桂蘭
• 申請（專利權）人: 方大炭素新材料科技股份有限公司;蘭州大學
• 主分類號: C01B32/342
• 分類號: C01B32/342;C01B32/348;H01G11/24;H01G11/34;H01G11/44;H01G11/50
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 孔燦

本發明公開了一種兩步活化高性能活性炭、制備方法及鋰離子電容器電極，制備方法包括：將碳酸鹽和碳源基礎材料預設質量比加入到水溶液中攪拌均勻，形成均勻乳黃色預交聯混合物；將預交聯混合物冷凍干燥，獲得混合固體；將混合固體在惰性氣氛下進行碳化處理，獲得的初步碳化產物通過預設濃度鹽酸進行浸泡處理，用去離子水洗滌干燥，得到初生態活化活性炭；將初生態活化活性炭與磷酸進行混合，濾去過量的磷酸并干燥，獲得混有磷酸的初生態活化活性炭；在惰性氣氛下，將混有磷酸的初生態活化活性炭進行保溫處理，洗滌干燥，得到兩步活化高性能活性炭。本發明具有制備工藝簡單、成本低、環境友好、電化學性能優異的有益效果。

技術領域

本發明涉及能源技術領域，尤其涉及一種兩步活化高性能活性炭、制備方法及鋰離子電容器電極。

背景技術

活性炭是一種經過特殊處理的碳材料，將有機原料在隔絕空氣的環境下經過高溫碳化處理，隨后由活化劑進行表面反應，活化產生大量的微孔結構。其在污水處理、催化、催化劑負載、醫用、軍工、能源尤其是超級電容器等儲能領域有著巨大的需求。目前全球市場對活性炭的需求非常巨大，僅僅2017年全球市場需求就達到了約280萬噸，并且以8～9％的速度逐年增長，尤其對用于能源領域的高性能活性炭的需求更加旺盛。高性能活性炭在儲能領域有著非常廣泛的應用，例如超級電容器、鋰離子電容器、催化劑載體等等，使得其在能源領域有著迫切的需求和重要的市場前景。

鋰離子電容器(Lithium Ion Capacitor，簡寫LIC)作為鋰離子電池和超級電容器的結合，兼具二者的高能量密度，高功率密度，長壽命的特點，是下一代儲能器件中的翹楚。目前鋰離子電容器的正極材料主要是以活性炭為主，通常商用的活性炭穩定性好，但是容量較低，大多數商用活性炭的容量為30～45mAh g^-1。因而在LIC的構筑中即便引入了高能量密度的鋰離子電池負極以提升整體的能量密度，然而商用活性炭容量低的這一現狀限制了LIC整體器件能量密度的提升。所以開發出制備方法簡便的高性能的活性炭正極材料對于鋰離子電容器的發展有著重要的意義。

當前高性能活性炭的制備方法多以強堿體系和強酸體系為主，制備條件苛刻、具有一定的危險性、且所用物質和殘留物的后處理過程環境不友好，不符合綠色發展的理念。例如：CN1O2275937A中，先以氫氧化鈉對稻殼進行預處理，由碳酸氫鈉活化，產生大量的堿性廢棄物，不利于后續廢物處理。因此，如何降低高性能活性炭的制備成本以及降低制備過程中對環境的污染力度是亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種兩步活化高性能活性炭、制備方法及鋰離子電容器電極，旨在解決現有技術中高性能活性炭的制備成本高、電化學性能差、制備過程復雜、對環境污染力度大的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供一種兩步活化高性能活性炭的制備方法，包括以下步驟：

將碳酸鹽和碳源基礎材料按預設質量比加入到水溶液中攪拌均勻，形成均勻的乳黃色的預交聯混合物；

將所述預交聯混合物冷凍干燥，獲得混合固體；

將所述混合固體在惰性氣氛下進行碳化處理，獲得的初步碳化產物通過預設濃度鹽酸進行浸泡處理，再用去離子水洗滌干燥，得到初生態活化活性炭；

將初生態活化活性炭與預設倍數質量的磷酸以預設攪拌速度進行混合，濾去過量的磷酸并在第一預設時間內第一預設溫度下干燥，獲得混有磷酸的初生態活化活性炭；

在惰性氣氛下，將所述混有磷酸的初生態活化活性炭進行保溫處理，并洗滌且在第二預設時間內第二預設溫度下干燥，得到兩步活化高性能活性炭。

優選地，所述將碳酸鹽和碳源基礎材料按預設質量比加入到水溶液中攪拌均勻，形成均勻的乳黃色的類交聯混合物的步驟，包括：