炭基电极材料及其制备方法、超级电容器技术

本发明专利技术提供了一种炭基电极材料及其制备方法、超级电容器，将中间相炭微球在惰性气氛或还原性气氛中、0℃～600℃处理，即可得到炭基电极材料。与现有技术相比，本发明专利技术以经过加热处理的中间相炭微球作为电极材料，首先，加热处理可除去中间相炭微球中的有机类物质，使得到的炭基电极材料结构紧致，振实密度增大；其次，该炭基电极材料的比表面积较小，相应的，其表面上的活性官能团的量很少，从而使这些官能团对电解液不可逆分解的催化作用可得到有效抑制，进而稳定了该电极材料与电解液界面，提高了电荷（离子）存储的可逆程度，有效提高超级电容器的工作电压和比电容；再次，该炭基电极材料经过加热处理即可得到，制备方法简单易操作。

【技术实现步骤摘要】
炭基电极材料及其制备方法、超级电容器
本专利技术属于电容器
，尤其涉及炭基电极材料及其制备方法、超级电容器。
技术介绍
为了缓解日益严重的能源危机和环境问题，世界各国政府都在大力推进新能源汽 车产业的发展，如电动汽车。但是电动汽车目前所面临的最大挑战就是电能储存装置，无论 是铅酸电池、锂电池，还是燃料电池，均存在成本高、寿命短、续驶里程短和充电时间长等问 题，因此，人们对电动汽车的电存储装置提出了低成本、高容量、长寿命及高安全等要求。 近年来，一种新型、高效、实用的能量储存装置一超级电容器备受关注，有望成为 新一代电动汽车的主要电能储存装置。超级电容器由正极、负极、电解液和介于正负极之间 的隔膜组成，又成为超大容量电容器、电化学电容器、双电层电容器、黄金电容、储能电容或 法拉电容，是20世纪七八十年代发展起来的一种兼具传统电容器和二次电池这两种储能 装置优点的新能储能装置，其容量可达几百至上千法拉。与传统的电容器和二次电池相比， 超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高，并具有充放电速度快、效率高、对环境无污 染、循环寿命长、使用范围宽、安全性高等特点，它的出现填补了传统电容器和二次电池之 间的空白。事实上，超级电容器不仅在电动汽车上具有巨大的潜在应用价值，在通信、航天、 国防等方面作为高冲电流发生器也将发挥重要作用，因此超级电容器已经成为人们研究的 执占。 电极是超级电容器的核心部件，由活性物质和导电骨架组成，正负极活性物质是 产生电能的源泉，是决定电池基本特性的重要组成部分。碳材料因其价廉易得、工作温度范 围宽、比表面积可控、孔隙结构发达、化学稳定性高、生产工艺成熟、对环境友好等优点被广 泛应用于制备电极材料。 现在使用最多的炭基电极材料包括活性炭、活性碳纤维、炭气凝胶、碳纳米管和模 板炭，主要通过化学气相沉积法、模板法和高温热解等。然而这些方法或者步骤繁琐、过程 复杂，或者条件苛刻，限制了其在超级电容器中的进一步应用和大规模推广。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种炭基电极材料及其制备方法、 超级电容器，该炭基电极材料制备方法简单。 本专利技术提供了一种炭基电极材料，由中间相炭微球在惰性气氛或还原性气氛中、 (TC?600°C条件下处理得到。 优选的，所述炭基电极材料的比表面积为0. 01?10m2/g。 本专利技术还提供了一种炭基电极材料的制备方法，包括以下步骤： 将中间相炭微球在惰性气氛或还原性气氛中、(TC?600°C处理，得到炭基电极材 料。 优选的，所述处理的温度为60°C?600°C。 优选的，所述处理的温度为300°C?500°C。 优选的，所述处理的时间为2?12h。 优选的,所述惰性气氛选自氦气、氩气与氮气中的一种或几种。 优选的，所述还原性气氛为氢气与惰性气体的混合气体。 优选的，所述氢气的含量为混合气体体积的5%?20%。 本专利技术还提供了一种超级电容器，包括正极、负极、电解液与隔膜，所述正极选自 权利要求1?2所述的炭基电极材料或权利要求3?9任意一项所制备的炭基电极材料、石 墨与活性炭中的一种；所述负极选自权利要求1?2所述的炭基电极材料或权利要求3? 9任意一项所制备的炭基电极材料、石墨与活性炭中的一种；所述电解液为季按盐的有机 溶液；所述正极与负极至少有一个为权利要求1?2所述的炭基电极材料或权利要求3? 9任意一项所制备的炭基电极材料。 本专利技术提供了一种炭基电极材料及其制备方法、超级电容器，将中间相炭微球在 惰性气氛或还原性气氛中、(TC?600°C处理，即可得到炭基电极材料。与现有技术相比， 本专利技术以经过加热处理的中间相炭微球作为电极材料，首先，加热处理可除去中间相炭微 球中的有机类物质，使得到的炭基电极材料结构紧致，振实密度增大；其次，该炭基电极材 料的比表面积较小，相应的，其表面上的活性官能团的量很少，从而使这些官能团对电解液 不可逆分解的催化作用可得到有效抑制，进而稳定了该电极材料与电解液界面，提高了电 荷(离子）存储的可逆程度，因此该炭基电极材料可有效提高超级电容器的工作电压和比电 容；再次，该炭基电极材料经过加热处理即可得到，制备方法简单易操作。 实验结果表明，采用本专利技术炭基电极材料制备的超级电容器的比电容可达到 60mAh/g。 【附图说明】 图1为中间相炭微球、本专利技术实施例1?5制备得到的炭基电极材料的扫描电镜 照片； 图2为中间相炭微球的N2吸附-脱附等温线性曲线图； 图3为本专利技术实施例1制备得到的炭基电极材料的N2吸附-脱附等温线性曲线 图； 图4为本专利技术实施例2制备得到的炭基电极材料的N2吸附-脱附等温线性曲线 图； 图5为本专利技术实施例3制备得到的炭基电极材料的N2吸附-脱附等温线性曲线 图； 图6为本专利技术实施例4制备得到的炭基电极材料的N2吸附-脱附等温线性曲线 图； 图7为本专利技术实施例5制备得到的炭基电极材料的N2吸附-脱附等温线性曲线 图； 图8为本专利技术实施例6?9制备得到的扣式电池的比容量曲线图； 图9为本专利技术实施例10?16制备得到的扣式电池的比容量曲线图； 图10为本专利技术实施例17?18制备得到的扣式电池的比容量曲线图； 图11为本专利技术实施例18制备得到的扣式电池的循环寿命曲线图； 图12为本专利技术实施例19?22制备得到的扣式电池的比容量曲线图； 图13为本专利技术实施例23?24制备得到的扣式电池的比容量曲线图； 图14为本专利技术实施例25中制备得到的扣式电池的循环寿命曲线图； 图15为本专利技术实施例26中制备得到的扣式电池的比容量曲线图； 图16为本专利技术实施例27中制备得到的扣式电池的循环寿命曲线图。 【具体实施方式】 本专利技术提供了一种炭基电极材料的制备方法，将中间相炭微球在惰性气氛或还原 性气氛中、(TC?600°C条件下处理，得到炭基电极材料。 其中，所述中间相炭微球为本领域技术人员熟知的中间相炭微球即可，并无特殊 的限制，其来源为市售即可；所述惰性气氛为本领域技术人员熟知的惰性气体即可，并无特 殊的限制，本专利技术优选选自氦气、氩气与氮气中的一种或几种，更优选为氦气、氩气或氮气； 所述还原性气氛优选为氢气与惰性气体的混合气体，其中氢气的含量优选为混合气体体积 的5%?20%，更优选为8%?15%。 将中间相炭微球在惰性气氛或还原性气氛中处理，所述处理的温度优选为60°C? 600°C，更优选为300°C?500°C;所述处理的时间优选为0?12h，更优选为2?10h，更优 选为4?10h。 按照本专利技术，中间相炭微球在惰性气氛或还原气氛中加热处理之后优选自然冷却 至常温，得到炭基电极材料。 中间相炭微球在惰性气体中加热处理，可除去其中的低沸点有机类物质，使得到 的炭基电极材料结构较紧致，振实密度增大；并且该炭基电极材料经过加热处理即可得到， 制备方法简单易操作。 本专利技术还提供了一种通过上述方法制备的炭基电极材料，由中间相炭微球在惰性 气氛或还原性气氛中、(TC?600°C条件下处理得到。 所述惰性气氛、还原性气氛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种炭基电极材料，其特征在于，由中间相炭微球在惰性气氛或还原性气氛中、0℃～600℃条件下处理得到。

【技术特征摘要】
1. 一种炭基电极材料，其特征在于，由中间相炭微球在惰性气氛或还原性气氛中、 0°C?600°C条件下处理得到。2. 根据权利要求1所述的炭基电极材料，其特征在于，所述炭基电极材料的比表面积 为 0? 01 ?10m2/g。3. -种炭基电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 将中间相炭微球在惰性气氛或还原性气氛中、〇°C?600°C处理，得到炭基电极材料。4. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述处理的温度为60°C?600°C。5. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述处理的温度为300°C?500°C。6. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述处理的时间为2?12h。7. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏宇，郑程，齐力，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22