一種高比表面積活性炭製取方法及超級電容器製造方法
2023-06-04 03:52:01 2
專利名稱：一種高比表面積活性炭製取方法及超級電容器製造方法
技術領域：
本發明涉及一種高比表面積活性炭製取方法和一種超級電容器製造方法。
背景技術：
普通的電化學儲能元件是通過氧化—還原反應來實現化學能和電能的相互轉換，而發生在電極材料表面或內部的氧化—還原反應一般都不能在短時間內完成，因此不能滿足高比功率和長循環壽命的要求。超級電容器具有容量大、體積小、充放電簡單快速、使用溫度範圍寬、電壓保持性好、充放電次數不受限制等優點，可用作微機存儲器的後備電源、電動汽車的輔助電源等，因此近年來得到了人們的廣泛關注。
超級電容器電極材料主要有碳素材料、金屬氧化物材料和導電聚合物材料。金屬氧化物材料以RuO2為代表，具有導電性好、比容量大、循環壽命長的優點，但價格高，大規模使用受到限制。導電聚合物材料工作電壓高但電阻大，活性炭性價比高，是製造超級電容器電極的最佳候選材料。
普通活性炭比表面積小於1000m2/g，微孔結構和微孔分布等因素也影響超級電容器的性能。因此，普通活性炭不適合製造超級電容器電極。超級電容器用活性炭不僅要求具有高比表面積，而且要求適合的孔結構和孔徑分布。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的缺陷，提出一種高比表而積活性炭製取方法及超級電容器製造方法，所述活性炭製取方法製得的活性炭具有比表面積大(可達2000-3000m2/g)、中孔發達(佔總孔容的50％以上)，以克服普通活性炭在技術上的不足；所述超級電容器的製取方法採用上述高比表而積活性炭製得的超級電容器的比容量高(可達84F/g)。
本發明的技術解決方案之一是，所述高比表面積活性炭製取方法的步驟是(1)取石油焦，烘乾，自然冷卻至常溫後粉碎至過100目篩；(2)按KOH與石油焦粉末的質量比為5-2∶1秤取KOH和石油焦粉末，混合均勻；(3)將混合物置於鎳坩堝中，在無氧環境中加熱至850℃-950℃，保溫2-4小時；(4)隨爐自然冷卻至常溫，取出後用去離子水洗滌至中性；(5)烘乾，即得。
所述無氧環境包括向爐內充入保護氣氛或採用在所述混合物物料上覆蓋能與空氣中氧氣反應的物質的方法保護所述物料不被氧化。所述保護氣氛可以是氮氣、氬氣等。所製得的高比表面積活性炭的比表面積達2000-3000m2/g，中孔率≥50％。
本發明的技術解決方案之二是，所述超級電容器製造方法的步驟是(1)活性炭電極製備a.取比表面積為2000-3000m2/g、中孔率≥50％的高比表面積活性炭，研磨至粒度小於0.075mm，b.按質量比加入5％-10％的PTFE(聚四氟乙烯)乳液、5％-8％的導電石墨粉、0.5％-1％的CMC(羧甲基纖維素)，攪拌使之成為混合均勻的漿料；c.將漿料塗覆在泡沫鎳上，烘乾；d.軋製成電極片；(2)在相鄰電極片之間設置改性無紡布隔膜；(3)若干個電極片並聯，電極片的兩極極耳分別焊接在兩個極柱上，然後將其裝入殼體內；(4)往殼體內加入電解液，常規方法封裝，即得。
所述殼體可以是塑料殼體或不鏽鋼殼體，所述電解液可採用KOH電解液或LiPF6電解液。
本發明的高比表面積活性炭製取方法採用石油焦為原料，KOH為活性劑，所製得的活性炭具有高性價比，用其做成的活性炭電極性能優越；在所述超級電容器製造方法中，PTFE乳液為粘接劑，導電劑為導電石墨粉，CMC為分散劑。將所述粉碎後的石油焦炭質原料與KOH的混合物置於鎳坩堝中加熱而使之活化，形成所述的高比表面積活性炭。
由以上可知，本發明為一種高比表面積活性炭製取方法及超級電容器製造方法，所述活性炭製取方法採用石油焦為原料而製得高比表面積活性炭，其比表面積達2000-3000m2/g，中孔率≥50％，是製造超級電容器活性炭電極的高性價比材料；採用所述超級電容器製造方法生產的超級電容器的容量大、體積小、充放電簡單快速、使用溫度範圍寬、電壓保持性好、使用壽命長、造價低，比電容量可達84F/g。
圖1是本發明超級電容器的一種實施例剖視結構示意圖；在圖中1-極柱， 2-殼體，3-活性炭電極，4-改性無紡布隔膜。
具體實施例方式
實施例1一種高比表面積活性炭製取方法，步驟是(1)取石油焦，在100℃-120℃烘箱中烘乾，自然冷卻至常溫後粉碎至過100目篩；(2)按KOH與石油焦粉末的質量比為5∶1秤取KOH和石油焦，混合均勻；(3)將混合料置於鎳坩堝中，在保護氣氛(氮氣)中加熱至850℃，保溫4小時；
(4)隨爐冷卻至常溫，取出後用去離子水洗滌至中性；(5)烘乾，即得。
實施例2一種高比表面積活性炭製取方法，步驟是(1)取石油焦，在100℃-120℃烘箱中烘乾，自然冷卻至常溫後粉碎至過100目篩；(2)按KOH與石油焦粉末的質量比為2∶1秤取KOH和石油焦粉末，混合均勻；(3)將混合料置於鎳坩堝中，在保護氣氛(氬氣)中加熱至950℃，保溫2小時；(4)隨爐自然冷卻至常溫，取出後用去離子水洗滌至中性；(5)烘乾，即得。
實施例3一種超級電容器製造方法，其步驟是(1)活性炭電極製備a.取比表面積為2000-3000m2/g、中孔率≥50％的高比表面積活性炭，研磨至粒度小於0.075mm；b.按質量比加入5％PTFE乳液、5％導電石墨粉、0.5％CMC，高速攪拌使之成為混合均勻的漿料；c.將漿料塗覆在泡沫鎳上，烘乾；d.用精軋機軋成厚度為0.1-0.5mm厚的電極片；(2)在相鄰兩電極片之間設置改性無紡布隔膜；(3)若干個(如3-15個，等等)電極片並聯，電極片的兩極極耳分別焊接在兩個極柱上，然後將其裝入塑料殼體內；(4)往殼體中灌入濃度為4-6mol/L的KOH溶液，常規封裝，即得。所製得的超級電容器工作電壓1.0V，最大工作電流400A，比容量84F/g。
實施例4一種超級電容器製造方法，其步驟是
(1)活性炭電極製備a.取比表面積為2000-3000m2/g、中孔率≥50％的高比表面積活性炭，研磨至粒度小於0.075mm；b.按質量比加入10％PTFE乳液、8％導電石墨粉、1％CMC，高速攪拌使之成為混合均勻的漿料；c.將漿料塗覆在泡沫鎳上，烘乾；d.用精軋機軋成厚度為0.1-0.5mm厚的電極片；(2)在相鄰兩電極片之間設置改性無紡布隔膜；(3)若干個電極片並聯，電極片的兩極極耳分別焊接在兩個極柱上，然後將其裝入不鏽鋼殼體中；(4)往殼體中灌入濃度為0.8-1.2mol/L的LiPF6電解液，常規封裝，即得。
所製得的超級電容器工作電壓3.5V，最大工作電流400A，比容量50F/g。
權利要求
1.一種高比表面積活性炭製取方法，其特徵是，它的步驟為(1)取石油焦，烘乾，自然冷卻至常溫後粉碎至過100目篩；(2)按KOH與石油焦粉末的質量比為5-2∶1秤取KOH和石油焦粉末，混合均勻；(3)將混合物置於鎳坩堝中，在無氧環境中s加熱至850℃-950℃，保溫2-4小時；(4)隨爐自然冷卻至常溫，取出後用去離子水洗滌至中性；(5)烘乾，即得。
2.根據權利要求1所述的高比表面積活性炭製取方法，其特徵是，所述無氧環境包括向爐內充入保護氣氛或採用在所述混合物物料上覆蓋能與空氣中氧氣反應的物質的方法保護所述物料不被氧化，所述保護氣氛為氮氣或氬氣等。
3.一種超級電容器製造方法，其特徵是，它的步驟為(1)活性炭電極製備a.取比表面積為2000-3000m2/g、中孔率≥50％的高比表面積活性炭，研磨至粒度小於0.075mm，b.按質量比加入5％-10％的聚四氟乙烯乳液、5％-8％的導電石墨粉、0.5％-1％的羧甲基纖維素，攪拌使之成為混合均勻的漿料；c.將漿料塗覆在泡沫鎳上，烘乾；d.軋製成電極片；(2)在相鄰電極片之間設置改性無紡布隔膜；(3)若干個電極片並聯，電極片的兩極極耳分別焊接在兩個極柱上，然後將其裝入殼體內；(4)往殼體內加入電解液，常規方法封裝，即得。
4.根據權利要求1所述的超級電容器製造方法，其特徵是，所述電解液為濃度是0.8-1.2mol/L的LiPF6溶液。
全文摘要
一種高比表面積活性炭製取方法，以石油焦為原料，烘乾、粉碎後按比例與KOH混合後，在無氧環境中加熱保溫，冷卻後用去離子水洗至中性。一種超級電容製備方法，在高比表面積活性炭粉末中按比例加入粘接劑、導電石墨粉、分散劑後混合均勻後塗於泡沫鎳上，烘乾、軋製成電極片，相鄰電極片之間用改性無紡布作隔膜，多個電極片並聯裝入殼體中，加入電解液，即得。本發明方法製得的高比表面積活性炭，其比表面積達2000－3000m
文檔編號H01G9/042GK1810637SQ20051003119
公開日2006年8月2日 申請日期2005年1月26日 優先權日2005年1月26日
發明者唐冬漢, 王義高, 劉洪波, 張紅波 申請人:湖南省科學技術研究開發院