[发明专利]一种储能碳材料的制备方法、超级电容器及储能碳材料

说明书

本发明公开了一种储能碳材料的制备方法、超级电容器及储能碳材料。该制备方法利用催化油浆中的固体颗粒物作为天然模板剂，在惰性气体的气氛下，模板剂与碱试剂反应以及后续的酸洗反应、催化油浆碱刻蚀反应共同构造出储能碳材料的多级孔结构，有助于提高材料的比容量与倍率性能。设置分段式的碳化活化反应过程：低温碳化可以有效地调控催化油浆族组成：降低饱和烃组分，提高大分子稠环芳烃的含量，有利于形成均匀层状结构碳材料，结合二段高温碱活化造孔以及后续的酸洗脱模板剂过程，可以在一定程度上定向控制储能碳材料的孔径分布和比表面积。本发明提供的储能碳材料可以用于快速充放电的超级电容器的电极材料，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及电极材料制备技术领域，具体而言，涉及一种储能碳材料的制备方法、超级电容器及储能碳材料。

背景技术

目前，制备储能碳材料的方法均需要另外添加模板剂，且制备碳材料的油浆需要进行脱固处理，处理难度大，处理成本高，进一步增大了制备储能碳材料的成本。此外，现有技术制备出的储能碳材料能量密度低，初始充放电效率低。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储能碳材料的制备方法、超级电容器及储能碳材料以解决上述技术问题。

本发明是这样实现的：

一种利用催化油浆制备储能碳材料的方法，其包括：在惰性气体气氛下，将催化油浆与表面活性剂和碱试剂进行分段式的碳化活化反应；

催化油浆为未经过脱固处理的催化裂化油浆。

惰性气体为氮气、氩气或氦气。

本发明创造性的给出了一种利用催化油浆制备储能碳材料的方法，该方法能既可以解决催化油浆中脱固难成本高的问题，也能够提升储能碳材料的比容量和倍率性能。

本发明提供的方法，无需对催化油浆进行脱固处理，充分利用催化油浆中的固体颗粒物作为天然的模板剂，通过模板剂与碱试剂反应以及后续的酸洗反应、催化油浆碱刻蚀反应共同构造出储能碳材料的多级孔结构，有利于提高材料的比容量和倍率性能，不仅解决了油浆脱固的问题，还降低了碳材料的制备成本。

催化油浆中的催化剂固体颗粒物主要由硅铝氧化物和分子筛组成，可以与碱试剂反应溶解，在催化油浆炭化活化过程中，根据催化剂固体颗粒物粒径的大小可以在催化剂颗粒的内部形成不同尺寸的空穴，并且未反应的催化剂颗粒可以在后续的酸性过程中进一步脱出，共同产生介孔和大孔，与此同时，炭与碱试剂刻蚀反应产生了微孔结构，微孔结构与介孔和大孔一起共同构成了多级孔结构。

设置分段式的碳化活化反应过程可以有效地调控催化油浆族组成：降低饱和烃组分，提高大分子稠环芳烃的含量，有利于形成均匀层状结构碳材料，结合二段高温碱活化造孔以及后续的酸洗脱模板剂过程，可以在一定程度上定向控制储能碳材料的孔径分布和比表面积。

进一步地，设置一段碳化活化反应的温度和时间可以控制催化油浆中的饱和烃、芳烃发生碳化活化反应和缩聚反应的剧烈程度，不仅可以影响轻组分的收率，还可以改变碳化活化剩余物中四组分比例含量，提高大分子稠环芳烃的含量所占剩余物中的百分比；设置二段高温炭化过程，能进一步提高碳材料的石墨化程度与结晶度，从而达到提高储能碳材料的比容量和倍率性能的目的。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述分段式的碳化活化反应包括先在350-550℃下进行一段碳化活化反应，一段碳化活化反应的时间为0.5-2h，然后在700-1000℃条件下进行二段碳化活化反应，二段碳化活化反应的时间为1-3h。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述一段碳化活化反应的温度为400-500℃，一段碳化活化反应的时间为0.5-1h；二段碳化活化反应的温度为700-900℃，二段碳化活化反应的时间为2-3h。