一种高比表面积活性炭制取方法及超级电容器制造方法

摘要

一种高比表面积活性炭制取方法，以石油焦为原料，烘干、粉碎后按比例与KOH混合后，在无氧环境中加热保温，冷却后用去离子水洗至中性。一种超级电容制备方法，在高比表面积活性炭粉末中按比例加入粘接剂、导电石墨粉、分散剂后混合均匀后涂于泡沫镍上，烘干、轧制成电极片，相邻电极片之间用改性无纺布作隔膜，多个电极片并联装入壳体中，加入电解液，即得。本发明方法制得的高比表面积活性炭，其比表面积达2000－3000m2/g，中孔率≥50％，为制造超级电容器活性炭电极的高性价比材料；本发明方法生产的超级电容器的容量大、体积小、充放电简单快速、使用温度范围宽、电压保持性好、使用寿命长、造价低，比电容量可达84F/g。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高比表面积活性炭制取方法和一种超级电容器制造方法。

背景技术

普通的电化学储能元件是通过氧化—还原反应来实现化学能和电能的相互转换，而发生在电极材料表面或内部的氧化—还原反应一般都不能在短时间内完成，因此不能满足高比功率和长循环寿命的要求。超级电容器具有容量大、体积小、充放电简单快速、使用温度范围宽、电压保持性好、充放电次数不受限制等优点，可用作微机存储器的后备电源、电动汽车的辅助电源等，因此近年来得到了人们的广泛关注。

超级电容器电极材料主要有碳素材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。金属氧化物材料以RuO₂为代表，具有导电性好、比容量大、循环寿命长的优点，但价格高，大规模使用受到限制。导电聚合物材料工作电压高但电阻大，活性炭性价比高，是制造超级电容器电极的最佳候选材料。

普通活性炭比表面积小于1000m²/g，微孔结构和微孔分布等因素也影响超级电容器的性能。因此，普通活性炭不适合制造超级电容器电极。超级电容器用活性炭不仅要求具有高比表面积，而且要求适合的孔结构和孔径分布。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种高比表而积活性炭制取方法及超级电容器制造方法，所述活性炭制取方法制得的活性炭具有比表面积大(可达2000-3000m²/g)、中孔发达(占总孔容的50％以上)，以克服普通活性炭在技术上的不足；所述超级电容器的制取方法采用上述高比表而积活性炭制得的超级电容器的比容量高(可达84F/g)。

本发明的技术解决方案之一是，所述高比表面积活性炭制取方法的步骤是：

(1)取石油焦，烘干，自然冷却至常温后粉碎至过100目筛；

(2)按KOH与石油焦粉末的质量比为5-2∶1秤取KOH和石油焦粉末，混合均匀；

(3)将混合物置于镍坩埚中，在无氧环境中加热至850℃-950℃，保温2-4小时；

(4)随炉自然冷却至常温，取出后用去离子水洗涤至中性；

(5)烘干，即得。

所述无氧环境包括向炉内充入保护气氛或采用在所述混合物物料上覆盖能与空气中氧气反应的物质的方法保护所述物料不被氧化。所述保护气氛可以是氮气、氩气等。所制得的高比表面积活性炭的比表面积达2000-3000m²/g，中孔率≥50％。

本发明的技术解决方案之二是，所述超级电容器制造方法的步骤是：

(1)活性炭电极制备：

a.取比表面积为2000-3000m²/g、中孔率≥50％的高比表面积活性炭，研磨至粒度小于0.075mm，

b.按质量比加入5％-10％的PTFE(聚四氟乙烯)乳液、5％-8％的导电石墨粉、0.5％-1％的CMC(羧甲基纤维素)，搅拌使之成为混合均匀的浆料；

c.将浆料涂覆在泡沫镍上，烘干；

d.轧制成电极片；

(2)在相邻电极片之间设置改性无纺布隔膜；

(3)若干个电极片并联，电极片的两极极耳分别焊接在两个极柱上，然后将其装入壳体内；

(4)往壳体内加入电解液，常规方法封装，即得。

所述壳体可以是塑料壳体或不锈钢壳体，所述电解液可采用KOH电解液或LiPF₆电解液。

本发明的高比表面积活性炭制取方法采用石油焦为原料，KOH为活性剂，所制得的活性炭具有高性价比，用其做成的活性炭电极性能优越；

在所述超级电容器制造方法中，PTFE乳液为粘接剂，导电剂为导电石墨粉，CMC为分散剂。将所述粉碎后的石油焦炭质原料与KOH的混合物置于镍坩埚中加热而使之活化，形成所述的高比表面积活性炭。

由以上可知，本发明为一种高比表面积活性炭制取方法及超级电容器制造方法，所述活性炭制取方法采用石油焦为原料而制得高比表面积活性炭，其比表面积达2000-3000m²/g，中孔率≥50％，是制造超级电容器活性炭电极的高性价比材料；采用所述超级电容器制造方法生产的超级电容器的容量大、体积小、充放电简单快速、使用温度范围宽、电压保持性好、使用寿命长、造价低，比电容量可达84F/g。

附图说明

图1是本发明超级电容器的一种实施例剖视结构示意图；

在图中：

1-极柱，                      2-壳体，

3-活性炭电极，                4-改性无纺布隔膜。

具体实施方式

实施例1：一种高比表面积活性炭制取方法，步骤是：

(1)取石油焦，在100℃-120℃烘箱中烘干，自然冷却至常温后粉碎至过100目筛；

(2)按KOH与石油焦粉末的质量比为5∶1秤取KOH和石油焦，混合均匀；

(3)将混合料置于镍坩埚中，在保护气氛(氮气)中加热至850℃，保温4小时；

(4)随炉冷却至常温，取出后用去离子水洗涤至中性；

(5)烘干，即得。

实施例2：一种高比表面积活性炭制取方法，步骤是：

(1)取石油焦，在100℃-120℃烘箱中烘干，自然冷却至常温后粉碎至过100目筛；

(2)按KOH与石油焦粉末的质量比为2∶1秤取KOH和石油焦粉末，混合均匀；

(3)将混合料置于镍坩埚中，在保护气氛(氩气)中加热至950℃，保温2小时；

(4)随炉自然冷却至常温，取出后用去离子水洗涤至中性；

(5)烘干，即得。

实施例3：一种超级电容器制造方法，其步骤是：

(1)活性炭电极制备：

a.取比表面积为2000-3000m²/g、中孔率≥50％的高比表面积活性炭，研磨至粒度小于0.075mm；

b.按质量比加入5％PTFE乳液、5％导电石墨粉、0.5％CMC，高速搅拌使之成为混合均匀的浆料；

c.将浆料涂覆在泡沫镍上，烘干；

d.用精轧机轧成厚度为0.1-0.5mm厚的电极片；

(2)在相邻两电极片之间设置改性无纺布隔膜；

(3)若干个(如3-15个，等等)电极片并联，电极片的两极极耳分别焊接在两个极柱上，然后将其装入塑料壳体内；

(4)往壳体中灌入浓度为4-6mol/L的KOH溶液，常规封装，即得。所制得的超级电容器工作电压1.0V，最大工作电流400A，比容量84F/g。

实施例4：一种超级电容器制造方法，其步骤是：

(1)活性炭电极制备：

a.取比表面积为2000-3000m²/g、中孔率≥50％的高比表面积活性炭，研磨至粒度小于0.075mm；

b.按质量比加入10％PTFE乳液、8％导电石墨粉、1％CMC，高速搅拌使之成为混合均匀的浆料；

c.将浆料涂覆在泡沫镍上，烘干；

d.用精轧机轧成厚度为0.1-0.5mm厚的电极片；

(2)在相邻两电极片之间设置改性无纺布隔膜；

(3)若干个电极片并联，电极片的两极极耳分别焊接在两个极柱上，然后将其装入不锈钢壳体中；

(4)往壳体中灌入浓度为0.8-1.2mol/L的LiPF₆电解液，常规封装，即得。

所制得的超级电容器工作电压3.5V，最大工作电流400A，比容量50F/g。