[发明专利]一种超级电容器及其制备方法

说明书

本发明属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种级电容器及其制备方法。所述电容器包括2个电极片、隔膜和有机电解液，所述电极片中含有球形超容炭，该球形超容炭的比表面积B为1500‑4000m²/g。本发明提供的超级电容器由于其使用的活性炭比表面积较大，且金属含量低，因此具有较高的比电容。且由于其金属含量低，不容易发生金属的还原析出所致的枝结晶化现象，因而较少出现超级电容器短路等故障。

技术领域

本发明属于电容器的制备领域，具体涉及一种超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器是介于传统电容器和二次电池之间的一种新型储能装置，其容量可以达到几百甚至上千法拉。与传统电容器相比，它具有较高的能量密度、较大的容量、较宽的工作温度范围和更好的使用寿命；与二次电池相比，它又具有较高的功率密度和较长的循环寿命，且对环境无污染。由于其优异的能量密度、功率密度和循环使用寿命，超级电容器广泛应用于电子玩具、信息产品、家用电器、电动工具、电动汽车、武器装备、航空航天、电力储能等领域。

碳基材料由于具有多孔、高比表面积、高孔隙率、化学稳定性好和使用寿命长等特点，经常被用作双电层电容器的电极材料，可获得较高的能量密度和功率密度。其中活性炭因其价格低廉更是被频繁用作目前大多数商业超级电容器的电极材料，但活性炭本身存在容量密度较低的缺点，进而限制了超级电容器在许多要求高能量密度领域的应用，因此提高活性炭基电极材料的容量密度成为目前亟待解决的关键问题之一。

为了进一步提高碳基电极材料的性能，通过表面改性和各种新型制备工艺对碳基电极材料进行了大量研究工作，主要包括活性炭表面改性以及碳凝胶、碳纳米管、石墨烯、玻璃碳、碳纤维和热解聚合物基体所得到的碳泡沫等新型碳材料的研制。

目前，利用活性炭制备碳基电极材料是该领域的主要方法。因此，活性炭材料的质量是决定碳基电极材料的关键。选用性能优异的活性炭得到具有高功率、长保质期和/或长循环寿命是当前研究的热点。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明提供了一种超级电容器，其包括2个电极片、隔膜和有机电解液，所述电极片中含有球形超容炭，该球形超容炭的比表面积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。