[发明专利]碳材料的制备方法、所得碳材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳材料的制备方法，由该方法制得的碳材料和其应用。

背景技术

高比表面和高导电碳材料在许多方面都有重要的用途，如高比表面碳材料如活性炭，广泛用于吸附分离、电极材料等；高导电碳材料如导电炭黑碳纳米管、石墨烯等，广泛用做导电添加剂等。

因此，总是需要提供一种碳材料同时具有高比表面和高导电性，并且制备方法简单、原料易得且成本低。

发明概述

本申请针对上述需求，提供一种碳材料制备方法，由该方法制得的碳材料比表面和导电性等综合性能优良，可满足许多领域的应用要求，包括二次电池电极，超级电容器电极和导电添加剂等等，并且具有更加优良的性能。

一方面，提供了一种碳材料的制备方法，所述方法包括：

i)将水溶性或可水分散性碳源材料在加热和加压条件下进行水热反应；以及

ii)将所得水热反应产物与活化剂粉末混合，然后在加热条件下进行活化反应，所述活化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠。

通常，所述活化反应在300°-1,000°C，特别优选400°-1,000°C，

优选地，所述活化反应中水热反应产物与活化剂的比例为1:2-10，更优选1:4-8。

优选地，180°-300°C以上的温度下进行，特别优选200°-250°C。

通常，所述水热反应在8个以上大气压的条件下进行。

优选地，所述水热反应的反应时间为8-16小时。

优选地，所述活化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾。

优选地，所述活化反应在惰性气氛下进行。

优选地，所述活化反应在300°C以上的温度下进行。

优选地，所述活化反应的反应时间为1-4小时。

特别优选地，所述活化反应分两个阶段进行，第一阶段在300°-500°C下进行，第二阶段在800°-1,000°C下进行。

优选地，所述活化反应通过以预定速度逐渐升温到目标温度，而后在目标温度下恒温一段时间来实现。更优选地，所述预定的升温速度为5-10°C/分钟。

优选地，所述活化反应中水热反应产物与活化剂的比例为1:2-10，更优选1:4-8。

显然，如果原料为水热反应产物或类似物，上述方法中的步骤i)可以省去。

另一方面，提供了按照本发明方法制备的碳材料。

再一方面，提供了本发明碳材料用于制备高表面材料、高导电材料或导电复合材料的用途。

再一方面，提供了一种复合材料，包含本发明碳材料和适用于制备以下功能性材料的其他材料：

高表面材料、高导电材料或导电复合材料。

再一方面，提供了一种电极，所述电极由本发明碳材料、高分子粘合剂和适用于制备电极的其他材料混合制成。

再一方面，提供了一种超级电容器，包括至少一个本发明的电极。

再一方面，提供了一种二次电池，包括至少一个本发明的电极。

本申请提供的方法可直接以工业废料或生物材料为原料，成本低，并可减少环境废料和污染，提高各种原料的能源利用率；而且方法工艺简单，减少环境污染。

附图的简要说明

图1所示为根据本申请实施例1.1中所制得碳材料的比表面数据。

图2所示为本申请实施例1.2所得产物的导电性。

图3a所示为根据本申请一实施例制得的电容器的电容性能。

图3b所示为根据本申请一实施方法制得的电容器的电容性能。

图4所示为根据本申请另一实施方法制得的电容器的恒流充放电曲线。

图5所示为根据本申请再一实施方法制得的电容器的PF16&GO-HT-AT(90%样品+10%PTFE)恒流充放电曲线，电解液TEABF₄/AN。

图6所示为根据本申请又一实施方法制得的电容器的恒流充放电曲线。

图7所示为根据本申请又一实施方法制得的电容器的恒流充放电曲线。

图8所示为根据本申请又一实施方法制得的电容器的恒流充放电曲线。

图9所示为根据本申请不同电极材料制得的电容器的电容性能。

图10a所示为本申请淀粉基活性炭材料制得的一电容器在不同电流密度下的恒电流充放电曲线。

图10b所示为本申请淀粉基活性炭材料制得的另一电容器在不同电流密度下的恒电流充放电曲线。

发明详述