[发明专利]一种超级电容器用炭材料的制备方法、炭材料及其应用

说明书

本发明提供了一种超级电容器用炭材料的制备方法、炭材料及其应用，其中，超级电容器用炭材料的制备方法包括以下步骤：步骤102，将一定量的原煤、气化渣富集炭经预处理后与一定量的助活化剂混合均匀，并进行高温活化处理；步骤104，将经高温活化处理后获得的第一产物与一定量的酸醇混合液混合，加热搅拌，反应结束后抽滤、洗涤、干燥，备用。本发明的制备方法原料价廉易得、工艺简单可控、操作条件温和，可实现工业化生产，且采用本发明制备方法制备获得的炭材料具有比表面积高、比电容高、内阻小等特性。

技术领域

本发明涉及超级电容器领域，尤其涉及一种超级电容器用炭材料的制备方法、炭材料及其应用。

背景技术

超级电容活性炭可广泛应用于超级电容器、铅碳电池等新型储能器件，进而对接新能源汽车，风力发电、高铁、通讯基站、航空航天及军工等领域。超级电容器的核心材料为炭材料，目前主要以碱活化法为主制备炭材料用于超级电容器，然而存在着灰分不够低、比表面积不够高、微孔数量少、比电容低和内阻大等缺陷，阻碍了超级电容器性能的提升。究其原因主要是由于含碳前驱体直接和碱混合活化导致大部分碱熔融粘附于反应器，引起活化不充分和电容量较低；还有未经过后续洗涤降灰和还原脱氧官能团，导致内阻升高和衰减明显。

因此，亟需开发一种比表面积高且比电容高兼顾内阻小的多孔炭材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种比表面积高且比电容高兼顾内阻小的多孔炭材料的制备方法，且原料价廉易得、工艺简单可控、操作条件温和，可实现工业化生产。

为实现以上目的，本发明提供一种超级电容器用炭材料的制备方法，包括以下步骤：步骤102，将一定量的原煤、气化渣富集炭经预处理后与一定量的助活化剂混合均匀，并进行高温活化处理；步骤104，将经高温活化处理后获得的第一产物与一定量的酸醇混合液混合，加热搅拌，反应结束后抽滤、洗涤、干燥，备用。

优选地，所述制备方法还包括：步骤106，将步骤104获得的第二产物与一定量的氮气和氢气的混合气体进行高温反应。

优选地，步骤102中，所述预处理包括：将一定量的原煤、气化渣富集炭与一定量的强酸溶液混合，加热搅拌，反应结束后抽滤、洗涤、干燥，获得预氧化前驱体。

优选地，步骤102中，所述预处理过程中，原煤、气化渣富集炭、强酸溶液的质量比为(4-12):(1-3):(3-9)。

优选地，步骤102中，所述预处理包括：将质量比为(4-12):(1-3):(3-9)的原煤、气化渣富集炭和强酸溶液混合并加热到60-90℃，恒温搅拌4-8h，反应结束后将反应液导入漏斗抽滤，并用去离子水反复洗涤至滤液成中性，真空干燥箱中110-150℃干燥10-24h，获得所述预氧化前驱体。

优选地，所述原煤为无烟煤、焦煤、肥煤中的一种或多种；所述气化渣富集炭为棕榈壳气化渣或烟煤气化渣的一种或两种；所述强酸为浓硝酸、浓硫酸、高氯酸中的一种，优选浓硝酸。

本发明采用强酸溶液对原煤和气化渣富集炭进行预氧化处理，具有预脱灰和氧化双重功效，不仅可以有效减少后续金属杂质的影响，而且可以形成表面反应从而生成大量活性点，促进在活化过程中的造孔能力，同时，其含氧酸性官能团可以在活化过程中与助活化剂氨基钾分解产生的氨反应生成碱性含氮官能团，进而提高炭材料的电化学性能。

优选地，步骤102中，所述预处理还包括：将所述预氧化前驱体进行高温炭化，获得炭化前驱体。

优选地，所述高温炭化包括：将所述预氧化前驱体在高温管式炉中由室温升至550-800℃炭化2-5h，自然降温至室温，获得所述炭化前驱体。高温炭化有助于形成初步碳骨架和孔隙，有利于进一步和助活化剂充分反应，以形成更加发达的孔隙结构。

优选地，步骤102中，所述炭化前驱体与所述助活化剂的质量比为1:2-7。