[发明专利]球形超容炭、其制备方法和用途

说明书

本发明属于电极材料制备技术领域，特别涉及球形超容炭、其制备方法和用途。所述球形超容炭的比表面积B为1500‑4000m²/g。本发明还提供其制备方法，包括如下步骤：1)将球形聚合物碳化；2)将步骤1)得到的产物进行预活化；3)将步骤2)预活化得到的产物与碱性化合物混合后进行活化。本发明的制备方法，能够以良好的收率和较低的成本制备得到具有超容炭，并且得到的活性炭具有良好的球形轮廓和低的金属含量，使得制备的球形活性炭可用作超级电容器电极材料。

技术领域

本发明属于电极材料及其制备方法技术领域，特别涉及球形超容炭、其制备方法和用途。

背景技术

超级电容是近几年才批量生产的一种无源器件，介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，放电时利用移动导体间的电子(而不依靠化学反应)释放电流，从而为设备提供电源。超级电容器极长的工作寿命和快速充放电特性，也在电动车辆、混合动力车辆、电动工具、电动玩具、铁路系统、电力系统等广泛的领域得到应用。活性炭具有宽泛的非特异性吸附性能，并且因此是最广泛使用的吸附剂。通常，活性炭可以来源于椰子壳、木炭和木材、泥煤、石煤、沥青、树脂等。近年来，人们开发出可用于超级电容的超级电容活性炭(又称“超容炭”)，其是一种新型高吸附活性炭，主要用于超级电容器(也称双电层电容器、电化学电容器)。应用于超级电容的超容炭需要具有较高的比表面积和容量，以及优异的电化学性能。然而，现有的树脂基活性炭往往在上述方面性能欠佳，难以满足超级电容的要求，导致应用受到较大限制。

此外，现有制备方法得到的超容炭产品的表面和孔道内部附着有较高含量的金属，特别是碱金属，容易发生金属的还原析出所致的枝结晶化现象，从而导致超级电容器出现短路等故障，需要复杂的清洗工艺才有可能降低此类碱金属的含量。并且，测试碱金属含量的方法比较复杂。因此，亟需开发可应用于超级电容的比表面积、金属含量、容量或电化学性能等得到改善，以及具有良好形貌的超容炭产品，以促进超级电容性能的进一步改善。并且，开发便捷的后处理工艺对于规模化生产有着重要的现实意义。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明提供了一种球形超容炭，其比表面积B为1500-4000m²/g，例如2000-3000m²/g，如2000-2900m²/g。

根据本发明，所述球形超容炭的中值粒径D₅₀可以为0.1-1.5mm，优选0.1-0.4mm。

根据本发明，所述球形超容炭的堆积密度为0.22～0.40g/mL，优选为0.25～0.38g/mL。

根据本发明，所述球形超容炭的孔容为0.5～3.0cm³/g，例如为0.6～2.7cm³/g。

根据本发明，所述球形超容炭的平均孔径为1.2～10.0nm，例如为1.5～3.5nm。

根据本发明，所述球形超容炭是经活化步骤并清洗后得到的球形超容炭。优选地，经活化步骤并清洗后得到的球形超容炭以重量体积比1～5g:50～100mL与水混合后，水相的pH值为8.2以下，例如为8.08、7.82、7.64、7.60及7.55。

根据本发明优选的实施方案，所述清洗的方法包括：将球形超容碳与酸性溶液混合，使用水洗涤，干燥，再使用双氧水溶液超声清洗，再次水洗干燥，得到球形超容碳。

根据本发明，所述酸性溶液的质量分数可以为0.5～2.0％。

根据本发明，使用盐酸溶液处理的温度可以为40～80℃，优选为60～80℃，处理的时间可以为10～240min，优选30～200min。

根据本发明，所述球形超容碳与酸性溶液的质量体积比为1g:50mL。