[发明专利]一种高电容多孔碳材料及其制备方法

说明书

本发明创造提供了一种高电容多孔碳材料及其制备方法，包括如下步骤：S1：将活化剂粉末加入到中间相炭微球液态原料中，并在250℃‑350℃的温度下使活化剂熔融并与液态原料混合均匀得到混合材料；S2：将混合材料继续升温至450℃‑550℃，恒温4‑16h生成均匀掺杂分子级活化剂的中间相炭微球复合材料；S3：将步骤S2得到的复合材料进行洗涤后，分离出固体进行干燥，再将干燥后的固体在800℃‑1000℃进行活化处理，得到高电容多孔碳材料。本发明的方法将活化剂以分子级大小均匀掺入中间相炭微球中，再直接进行高温活化处理，得到孔隙分布均匀，结构稳定的高电容多孔碳材料，有效提高碳材料的孔容积，改善其电化学性能，同时活化剂用量大大降低。

技术领域

本发明创造属于电极材料制备领域，尤其是涉及一种高电容多孔碳材料及其制备方法。

背景技术

目前商品化的超级电容器用电极材料以石墨碳为主。为了进一步提高超级电容器性能，如何稳定制备出高比表面积的电极材料成为相关研究的热点。

多孔碳材料具有巨大的内部表面积和较高的孔体积，这些性质也决定了其具有低密度性，碳素的整齐排列导致其较高的机械强度。并且由于碳原子的不活泼性使其拥有良好的表面化学惰性，优良的导电性等诸多结构性能优势，近些年来多孔碳材料得到了越来越多的关注，相应的报道也持续增长。多孔碳被广泛的应用于吸附、分离、催化、电化学电容器等领域，应用前景广阔，且制备碳材料的前驱体也较为价廉易得，例如木材、石油炼制产物，甚至是一些植物秸秆、果壳、煤炭等都可用作碳材料的碳源。近年来随着研究的进一步发展，研究者们为进一步提高多孔碳的性能，不断的改进原有的合成技术，推进多孔碳的发展，使其具备更加完善的实用性能。经过多年的不断发展与研究，大批形貌结构、尺寸分布、孔径大小、孔型形状等均可调整的新型多孔碳材料被不断的合成成功。

随着多孔碳材料在各个领域不断的被拓展应用，人们对多孔碳材料的形貌、孔尺寸、表面化学特性等要求愈来愈高。因此，人们不断的探索更加合适的合成方法以满足人们对多孔碳材料追求的标准。到目前为止人们已经在多孔碳材料的合成领域取得突出进展。

其中活化法应用范围广，适用于多孔碳材料的制备过程，制备产生的孔径分布范围较宽,在微孔和介孔范围内均有分布，且适于大批量生产。活化法是指使用不同类型的活化剂与碳材料混合，并与碳原子发生反应，从而改变碳原子的排列方式，部分反应的碳原子气化或脱落，由反应移走的碳原子余下的空间形成大量的孔间隙，从而增加了材料的比表面积以及孔容积。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种高电容多孔碳材料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种高电容多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将活化剂粉末加入到中间相炭微球液态原料中，并在250℃-350℃的温度下使活化剂熔融并与中间相炭微球液态原料混合均匀得到混合材料；

S2：将混合材料继续升温至450℃-550℃，恒温4-16h生成均匀掺杂分子级活化剂的中间相炭微球复合材料；

S3：将步骤S2得到的复合材料进行洗涤后，分离出固体进行干燥，再将干燥后的固体在800℃-1000℃进行活化处理，得到高电容多孔碳材料。

优选的，所述活化剂粉末的添加量占碳原料总质量的20-50%（w/w）。

优选的，所述中间相炭微球液态原料为煤沥青、煤焦油、石油沥青、重油、乙烯焦油的一种或几种的混合物。

优选的，所述活化剂粉末为NaOH粉末、KOH粉末、Na₂CO₃粉末、K₂CO₃粉末、NaHCO₃粉末中的一种或几种的混合物。