一种活性炭、其制备方法及在超级电容器电极的用途技术

本发明专利技术涉及一种活性炭、其制备方法及在超级电容器电极的用途，本发明专利技术的方法包括以下步骤：首先将活性炭原料干燥、粉碎、过筛，然后将处理后的活性炭原料与活化剂按一定质量比混合均匀，在惰性气氛保护下，于封闭式炉体内加热进行活化剂熔融浸渍，随后继续升温进行活化；将所得活化产物进行纯化、球磨、过筛，最后在惰性气氛保护下进行高温热处理，得到活性炭。本发明专利技术的活性炭的比表面积大于2000m

【技术实现步骤摘要】
一种活性炭、其制备方法及在超级电容器电极的用途
本专利技术属于超级电容器电极材料领域，涉及一种活性炭、其制备方法及在超级电容器电极的用途。
技术介绍
超级电容器技术的发展核心是电极材料，开发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研究工作的重要内容。其中，活性炭材料由于具有稳定的使用寿命及大规模的工业化生产基础而被广泛采用，以满足电动汽车等对超级电容器高能量/高功率密度的迫切需求。活性炭是一种孔隙发达、比表面积大、成本相对低廉的功能型碳材料，是商用化超级电容器主要的电极材料。活性炭的制备通常需经过高温预炭化处理，因而增加了工业生产中的步骤，提高了成本，这也是目前活性炭制备过程中一个比较普遍的问题。同时，炭化很容易引起活性炭前驱体结构坍塌，从而破坏原料自身的结构，进而导致活化反应不均匀，活性炭孔结构混乱无序。目前，化学活化法制备活性炭通常是以氢氧化钾为活化剂，在制备高比表面积活性炭时，往往需要较高的活化剂用量以及较高的活化温度，这将导致活化收率降低，能耗增加，提高了生产成本且污染严重；此外，制得的活性炭孔径主要分布在微孔范围内，孔径分布难以调控，在超级电容器中的应用大大受限。生产活性炭的原料主要包括植物类，石油焦类和高分子树脂类。通常，植物果壳，石油焦和高分子树脂质硬，加工性能差；且结构致密，比较难以活化。用它们为原料制备活性炭时，需先进行预处理，以调整内部结构，降低活化难度；同时使易挥发物质烧失，形成一定的孔隙度，以增大与活化剂的接触面积，提高活化效率及活化剂的利用率。如中国专利CN104891491B公开了一种超级电容器用竹笋壳基活性炭的制备方法，中国专利CN102838115B公开了一种超级电容器用石油焦基高比表面积活性炭的制备方法，中国专利CN1291587A公开了一种以酚醛树脂为原料制作超级电容器电极的活性炭制备方法，然而它们共同的特点是首先需要对活性炭原料进行或焦化，或碳化，或预氧化等预处理步骤。因此，开发一种工艺简单、成本低、比表面积和孔径分布可控的活性炭，是超级电容器电极材料领域的技术难题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种低成本、高性能，比表面积和孔径分布可控的活性炭、其制备方法及在超级电容器电极的用途。本专利技术通过对活性炭原料粒度、熔融浸渍工艺以及活化工艺的调整，促进了活化剂对原料的浸渍熔融及活化效果，增强了接触，提高了活化反应的均匀性和充分性，同时降低了活化剂的团聚和泡化现象，本专利技术的活性炭的比表面积大于2000m2/g，采用本专利技术的活性炭制成的超级电容器电极具有很高的容量，质量比电容大于130F/g。为达上述目的，本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种活性炭的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将活性炭原料与活化剂混合，加热，在惰性气体保护下进行活化剂熔融浸渍处理；(2)继续升温，对步骤(1)得到的熔融浸渍产物进行活化处理；(3)将步骤(2)得到的活化产物在惰性气体保护下进行热处理，得到活性炭。优选地，步骤(1)所述活性炭原料为植物果壳、煅前石油焦或高分子树脂中的任意一种或至少两种的混合物。本专利技术所述植物果壳例如为椰壳、杏壳、核桃壳和荔枝壳等。但并不限于上述列举的植物果壳，其他可达到相同效果的植物果壳也可用于本专利技术。优选地，步骤(1)所述活性炭原料为经过预处理的活性炭原料和/或未经过预处理的活性炭原料，优选为未经过预处理的活性炭原料。所述“经过预处理的活性炭原料和/或未经过预处理的活性炭原料”中的“预处理”为本领域常用的预处理方式，比如碳化处理、焦化处理和预氧化处理等。本专利技术的活性炭原料的自身结构和骨架较为有序，表面官能团含量高，与本专利技术所述的活化剂经熔融浸渍工序和活化工序，可以达到很好的反应和活化，降低活化反应进行的难易程度，有利于孔结构的调控。本专利技术的方法针对的原料既可以是经过本领域的预处理方法进行预处理后的活性炭原料，也可以是未经过本领域的预处理方法预处理的活性炭原料。这两种情况下，采用本专利技术的方法先与活化剂混合，加热，在惰性气体保护下进行熔融浸渍处理，继续升温实现活化，再热处理均可性能优异的活性炭，活性炭的比表面积大于2000m2/g，而且，采用本专利技术的活性炭制成的超级电容器电极具有很高的容量，质量比电容大于130F/g。当使用的原料为未经过本领域的预处理方法预处理的活性炭原料时，不仅保证了优良的性能(活性炭比表面积大于2000m2/g，采用该活性炭制成的超级电容器电极的质量比电容大于130F/g)，而且减少了工序，无需进行常规的预处理工序，工艺更为简便，降低了人力和能耗，降低了成本。本专利技术所述高分子树脂例如为酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、聚碳酸酯和聚氨酯等。但并不限于上述列举的高分子树脂，其他本领域常用的高分子树脂也可用于本专利技术。优选地，步骤(1)所述活化剂为碱金属氢氧化物、氯化锌或磷酸中的任意一种或至少两种的组合，优选为碱金属氢氧化物，进一步优选为氢氧化钠。本专利技术所述碱金属氢氧化物例如为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷和氢氧化铯等。优选地，步骤(1)所述活化剂的物态为固体粉末，所述活化剂的形貌包括但不限于颗粒、片状或珠状中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(1)所述活化剂的粒径为0.1mm～3mm，例如为0.1mm、0.3mm、0.5mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.5mm、2.75mm或3mm等，优选为0.5mm～2mm。优选地，步骤(1)所述活化剂为0.5mm～2mm的氢氧化钠珠状颗粒。优选地，步骤(1)所述活性炭原料和所述活化剂的质量比为1:(1～5)，例如1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:3.8、1:4、1:4.5或1:5等，优选为1:(2～4)。优选地，所述固相混合的方法为：活性炭原料与活化剂直接混合均匀，比如将活性炭原料与活化剂放入一个装置中，简单摇晃实现混合即可。优选地，所述水相混合的方法为：活性炭原料与活化剂水溶液混合均匀后，120℃将水分蒸干。优选地，所述球磨混合的方法为：活性炭原料与活化剂混合后球磨。优选地，步骤(1)所述惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或氙气中的任意一种或至少两种的组合，优选为氮气。优选地，步骤(1)所述活化剂熔融浸渍处理的温度为200℃～400℃，例如为200℃、220℃、230℃、240℃、255℃、265℃、280℃、300℃、315℃、330℃、340℃、350℃、365℃、380℃或400℃等，优选为320℃。优选地，升温至所述所述活化剂熔融浸渍处理的温度的升温速率为1℃/min～10℃/min，例如为1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、6.5℃/min、8℃/min或10℃/min等，优选为2℃/min～5℃/min；优选地，步骤(1)所述活化剂熔融浸渍处理的时间为1h～6h，例如为1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h或6h等，优选为2h～4h。优选地，步骤(1)所述活化剂熔融浸渍处理在封闭式炉体内进行；优选地，所述封闭式炉体为箱式炉、真空炉、回转炉、辊道炉、推板炉或管式炉中的任意一种，优选为箱式炉；优选地，步骤(2)所述活化处理的温度为500℃～本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性炭的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将活性炭原料与活化剂混合，加热，在惰性气体保护下进行活化剂熔融浸渍处理；(2)继续升温，对步骤(1)得到的熔融浸渍产物进行活化处理；(3)将步骤(2)得到的活化产物在惰性气体保护下进行热处理，得到活性炭。

【技术特征摘要】
1.一种活性炭的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将活性炭原料与活化剂混合，加热，在惰性气体保护下进行活化剂熔融浸渍处理；(2)继续升温，对步骤(1)得到的熔融浸渍产物进行活化处理；(3)将步骤(2)得到的活化产物在惰性气体保护下进行热处理，得到活性炭。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述活性炭原料为植物果壳、煅前石油焦或高分子树脂中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，步骤(1)所述活性炭原料为经过预处理的活性炭原料和/或未经过预处理的活性炭原料，优选为未经过预处理的活性炭原料；优选地，步骤(1)所述活化剂为碱金属氢氧化物、氯化锌或磷酸中的任意一种或至少两种的组合，优选为碱金属氢氧化物，进一步优选为氢氧化钠；优选地，所述碱金属氢氧化物优选为氢氧化钠和/或氢氧化钾；优选地，步骤(1)所述活化剂的物态为固体粉末，所述活化剂的形貌包括颗粒、片状或珠状中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述活化剂的粒径为0.1mm～3mm，优选为0.5mm～2mm；优选地，步骤(1)所述活化剂为0.5mm～2mm的氢氧化钠珠状颗粒；优选地，步骤(1)所述活性炭原料和所述活化剂的质量比为1:(1～5)，优选为1:(2～4)；优选地，步骤(1)所述混合采用的方式为固相混合、水相混合或球磨混合中的任意一种或至少两种的组合，优选为固相混合；优选地，所述固相混合的方法为：将活性炭原料与活化剂直接混合均匀；优选地，所述水相混合的方法为：将活性炭原料与活化剂的水溶液混合均匀后，120℃将水分蒸干；优选地，所述球磨混合的方法为：将活性炭原料与活化剂混合后球磨；优选地，步骤(1)所述惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或氙气中的任意一种或至少两种的组合，优选为氮气；优选地，步骤(1)所述活化剂熔融浸渍处理的温度为200℃～400℃，优选为320℃；优选地，升温至所述所述活化剂熔融浸渍处理的温度的升温速率为1℃/min～10℃/min，优选为2℃/min～5℃/min；优选地，步骤(1)所述活化剂熔融浸渍处理的时间为1h～6h，优选为2h～4h；优选地，步骤(1)所述活化剂熔融浸渍处理在封闭式炉体内进行；优选地，所述封闭式炉体为箱式炉、真空炉、回转炉、辊道炉、推板炉或管式炉中的任意一种，优选为箱式炉。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述活化处理的温度为500℃～1000℃，优选为600℃～8...

【专利技术属性】
技术研发人员：张松涛，汪福明，任建国，岳敏，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44