[发明专利]一种超级电容器用介孔活性炭的制备方法

说明书

本发明公开了一种超级电容器用介孔活性炭的制备方法，涉及活性炭材料制备领域。本发明方法以煤沥青和凝胶为原料经过改性处理、预处理、均化处理、活化及后处理步骤后制得超级电容器用活性炭。所制备的活性炭的介孔率为24％‑41％，比表面积为1600‑2420m²/g。本发明以凝胶为骨架，实现了炭化活化过程中凝胶与煤沥青形成交联的三维结构的构造，具有易调控孔径分布的特点，较目前用于超级电容器的活性炭相比具有更高的介孔率，大幅改善了活性炭在大电流下的电化学性能。

技术领域

本发明涉及活性炭材料制备领域，具体涉及一种超级电容器用介孔活性炭的制备方法。

背景技术

超级电容器作为一种介于传统电容器和电池之间的新型储能装置，具有能量密度高、功率密度高、使用寿命长、使用温度范围宽等特点。正因为这种独特的优势，广泛应用于新能源、电子产品、风力发电、轨道交通、军事、航空航天等各个领域。随着应用领域的不断扩大，对超级电容器的比容量及大电流充放电条件下的循环寿命、倍率性能提出了更高的要求。

活性炭作为一种超级电容器用商业化的关键材料，对电容器的性能有着极大的影响。影响活性炭电化学性能的重要因素是比表面积、孔径大小分布、孔隙形状和结构、导电性和表面化学性能等。其中比表面积和孔径分布是影响碳材料电化学性能的最重要的两个因素。通常认为活性炭中微孔能够吸附电解质粒子，而介孔则起到传输离子的作用。因而通过提高活性炭的比表面积、提高介孔率来提高电容器的比容量及循环寿命成为改善超级电容器大电流密度下性能的重要途经。

目前商业级超级电容器用活性炭一般通过KOH活化而获得。但这种活性炭一般以微孔为主，且含有少量介孔，介孔一般比例为15％左右。在大电流条件下，这种活性炭的比表面积并不能有效利用，而且介孔少限制了电解质离子向微孔表面的迁移，因此存在着倍率性能差的问题，限制了超级电容器在大电流条件下应用领域。因此，进一步保持较高比表面积条件，提高超级电容器用活性炭的介孔率，改善活性炭大电流密度下的倍率性能势在必行。CN110127692A提供了一种以煤沥青为原料，经过破碎、混合、加热、交联、筛分等过程制备中孔耐热活性炭的制备方法，主要以粒径为80nm的氧化镁模板剂，制备高介孔率的活性炭，主要用于吸附管用活性炭领域；CN110697705A提供了一种用造孔剂和煤沥青为原料经过碳化活化一步法制备多级孔结构沥青基活性炭的方法；上述专利均采用模板法和造孔剂进行制备介孔炭，因此存在模板剂价格高的特点，而且并没有提出在超级电容器领域应用效果。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种超级电容器用介孔活性炭的制备方法，该方法通过调控活性炭的孔径分布，增加活性炭中的介孔比率，能够解决超级电容器用炭材料在大电流密度下的倍率性能问题。

本发明采用以下技术方案：

一种超级电容器用介孔活性炭的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将煤沥青破碎、改性处理、抽滤、干燥；

(2)将经过步骤(1)处理得到的煤沥青加入到凝胶溶液中进行预处理得到煤沥青复合物，预处理的工艺条件为：预处理温度为60℃-80℃、预处理时间为1h-3h；

(3)将煤沥青复合物加入活化剂KOH，煤沥青复合物与活化剂进行均化处理得到煤沥青复合材料，均化处理的工艺条件为：均化处理温度为50℃-100℃、均化处理时间为1h-6h；

(4)将煤沥青复合材料活化后经酸洗、浸泡、水洗、干燥制得活性炭。

根据上述的方法，其特征在于，步骤(1)煤沥青改性处理时煤沥青的粒度小于0.15mm。

根据上述的方法，其特征在于，步骤(1)中改性处理所用试剂为浓硫酸与双氧水的混合物，浓硫酸与双氧水的体积比为100：(1-10)，改性处理的时间为2h-24h。