[发明专利]一种活性炭材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种活性炭材料及其制备方法，所述活性炭材料为核壳结构，核层为微孔占比90％～100％的活性炭，壳层为介孔占比40％～70％的活性炭。所述活性炭材料核层具有大量微孔，壳层具有大量介孔，作为超级电容器电极材料，能够保证足够的压实密度，同时对电解液的浸润性大大提高，并且有利于充放电过程电解液离子的快速传输和有效储能，使其具有高容量低内阻的显著特性。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料领域，涉及一种活性炭材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器可实现瞬间大电流充放电，具有超高的功率密度，循环寿命高达50万次，工作温度范围较宽，为-40～75℃，使得其作为一种绿色能量存储设备，已成为世界各国研究和开发的热点。超级电容器要真正实现在电动汽车等方面的大规模应用，还需提高其能量密度，这就需要提高其比电容和工作电压。目前关注较多的是3V高电压有机体系的开发，要求电极材料具有丰富、合理的孔结构以及较低的表面官能团含量。活性炭以其优良的导电性以及电化学稳定性、超高的比表面、广泛的原料来源、低廉的价格等优势，成为目前超级电容器领域研究最为成熟、应用最为广泛的电极材料。

活性炭比表面积、孔结构的差异及其表面的化学环境，都对电容性能具有显著地影响。目前活性炭主要的研究方向为：高比表、高中孔率、高纯度和高性价比等。现有活性炭多数具有发达的微孔体系，中孔较少，由于超小微孔的孔径小于电解液离子，导致离子无法进入，从而造成活性炭的比表面无法充分利用；这些无效超小微孔的存在还会导致材料导电性降低，内阻增加，从而影响超级电容器的循环稳定性以及安全性；且制备高比表的活性炭，通常使用较大比重的活化剂，活化温度也相应较高，无疑大大增加了生产成本。目前主要通过改善孔结构和降低碱用量的方式提高活性炭性能和降低生产成本。

CN 103252213 A公开了一种微孔-中孔结构的活性炭，该发明以香榧假种皮为生产原料，洗净烘干后粉碎至粒径为10～100目，然后在350～650℃下碳化处理，随后加入磷酸在600～795℃下活化，制得孔径为0.7～5nm、比表面积为2000～3500m²/g的吸附效果较好的活性炭，但该活性炭微孔与中孔的分布无序、随机，且大孔较多，压实密度较低，不宜作超级电容器电极材料。CN 1792936公开了一种复合活性炭纤维及其制备方法，其先将玻璃纤维浸渍于由聚丙烯腈、酚醛或聚乙烯醇与氯化锌或磷酸组成的混合物的溶液中,使玻璃纤维包覆一层聚合物层，然后经450～900℃高温碳化活化，必要时再通入水蒸汽活化30～360分钟，得到复合活性炭纤维，该制备方法过程中不使用碱活化剂，制得的复合活性炭纤维表层的多孔炭层具有丰富的微孔，但中孔较少，且比表面积只有500～1800m²/g，不利于电解液离子的传输和能量密度的提高。

因此，开发一种提高有效微孔含量和介孔含量，同时提高孔结构排布有序性从而降低内阻的活性炭的制备方法，是一项技术难题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的提供一种活性炭材料及其制备方法，所述活性炭材料核层具有大量微孔，壳层具有大量介孔，作为超级电容器电极材料，能够保证足够的压实密度，同时对电解液的浸润性大大提高，并且有利于充放电过程电解液离子的快速传输和有效储能，使其具有高容量低内阻的显著特性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明目的之一在于提供一种活性炭材料，所述活性炭材料为核壳结构，核层为微孔占比90％～100％的活性炭，壳层为介孔占比40％～70％的活性炭。

其中，所述核层中微孔占比可以是91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％等，所述壳层中介孔的占比可以是45％、50％、55％、60％、65％或69％等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明所述微孔即IUPAC规定的孔径小于2nm的孔，本发明所述介孔即IUPAC规定的孔径为2～50nm的孔。