[发明专利]一种超容炭、其制备方法和用途

说明书

本发明属于电极材料及其制备方法技术领域，具体涉及一种超容炭、其制备方法和用途。所述超容炭的比表面积B为1200‑3500m²/g。其制备方法包括：1)将形成天然的非木质纤维素碳前体碳化；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。使用本发明的制备方法，能够以良好的收率和较低的成本制备得到具有较高比表面积活性炭，例如比表面积B为1200～3500m²/g的活性炭，使得制备的活性炭可用作超级电容器电极材料。并且使用的原材料较为常见，来源广泛，且成本低。

技术领域

本发明属于电极材料及其制备方法技术领域，具体涉及一种超容炭、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金属含量高，例如碱金属含量高，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。

因此，亟需开发可应用于超级电容的比表面积、金属含量超容炭产品，以促进超级电容性能的进一步改善。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明提供了一种超容炭，其比表面积B为1200-3500m²/g，例如1500-3000m²/g，如1800-2800m²/g。

根据本发明，所述超容炭的制备原料为形成天然的非木质纤维素碳前体。

根据本发明，所述非木质纤维素碳前体选自小麦粉，胡桃粉，玉米粉，米粉，马铃薯粉，杏仁壳，咖啡渣，马铃薯，甜菜，小米，大豆，油菜，大麦和棉花。

根据本发明，所述超容炭的堆积密度为0.18～0.35g/mL，优选为0.20～0.30g/mL。

根据本发明，所述超容炭的孔容为0.5～3.0cm³/g，例如为0.6～2.8cm³/g。

根据本发明，所述超容炭的平均孔径为1.2～6.0nm，例如为1.5～5.5nm。

本发明还提供所述超容炭的制备方法，包括如下步骤：

1)将形成天然的非木质纤维素碳前体碳化；

2)将步骤1)得到的产物进行预活化；

3)将步骤2)预活化得到的产物经冷却后与碱性化合物混合后进行活化。

根据本发明，步骤1)中，所述非木质纤维素碳前体选自小麦粉，胡桃粉，玉米粉，米粉，马铃薯粉，杏仁壳，咖啡渣，马铃薯，甜菜，小米，大豆，油菜，大麦和棉花中的一种、两种或多种。

根据本发明，步骤1)的碳化可以在惰性气氛或者在惰性气体和氧气的混合气氛下进行。

通常，所述碳化的温度可以为100-950℃，例如150-900℃，如300-850℃。