[发明专利]微波辅助法制备电化学电容器用石墨微晶碳

说明书

技术领域

本发明属于电化学电容器电极碳材料技术领域，具体涉及到提高电化学电容器能量密度的新型石墨微晶碳的制备方法。

背景技术

伴随资源和能源日渐短缺、生态环境日益恶化这一全球问题，混合动力电动汽车(HEV)受到人们越来越多的关注。在这一环境友好而又经济的HEV中，充放电电池一般作为辅助电源用于启动系统，在电动汽车启动和爬坡时快速进行大电流放电；或者用于制动系统，在刹车时快速储存发电机产生的瞬间大电流。这就要求储能器件具有较高的能量密度和功率密度，以满足HEV的应用需求。

Okamura等[US 2002/0039275 A1]在800～900℃高温下用KOH处理石墨化碳2～4h，使石墨层间距增大，在首次充电过程中，电解质离子和溶剂化离子插入石墨层中发生电场活化，形成石墨微晶碳，其比能量可达27Wh/kg，超过传统双电层电容器的6～12Wh/kg和混合型电化学电容器的20～50Wh/kg；其功率密度可达50～75Wh/kg。此后，Mitani等[Carbon.2005；43：2960，J Power Sources.2004；133：298.]分别采用NaOH、K₂CO₃处理石墨化碳，而Kim等[J Power Sources.2007；173：621.]则采用NaClO₃与HNO₃来处理针状焦，再经电场活化制备石墨微晶碳。这些方法均采用高温强碱条件，对设备要求苛刻，且耗时长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中采用高温、耗时长以及对设备要求苛刻等缺点，提供一种耗时短、微波辅助制备电化学电容器用石墨微晶碳的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：

1、微波碳化AR树脂

取粒径＜120μm的干燥的AR树脂，在微波反应器容器中560～800W微波碳化处理1～15分钟。

上述的AR树脂为工业级，由日本三菱瓦斯化学集团生产。

2、弱活化AR树脂

将步骤1中微波碳化后的AR树脂研磨或球磨至粒径＜200μm，将其与活化剂按质量比为1∶0.25～2混匀，置于微波反应器容器中，560～800W微波活化1～5分钟。

上述的活化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠中的任意一种。

3、洗涤干燥

将步骤2中弱活化后的AR树脂取出，用去离子水洗至中性，放入真空度为-0.08MPa的真空烘箱内120℃干燥12小时，制备成石墨微晶碳。

本发明的微波碳化AR树脂步骤1中，取粒径＜120μm的干燥的AR树脂，在微波反应器容器中优选560～720W微波碳化处理2～10分钟。在弱活化AR树脂步骤2中，将步骤1中微波碳化后的AR树脂研磨或球磨至粒径＜200μm，将其与活化剂按质量比为1∶0.5～1.0混匀，置于微波反应器容器中，优选560～720W微波活化2～5分钟。

本发明的微波碳化AR树脂步骤1中，取粒径＜120μm的干燥的AR树脂，在微波反应器容器中最佳640W微波碳化处理6分钟；在弱活化AR树脂步骤2中，将步骤1中微波碳化后的AR树脂研磨或球磨至粒径＜200μm，将其与活化剂按最佳质量比为1∶1.0混匀，置于微波反应器容器中，最佳640W微波活化2分钟。

本发明采用AR树脂为原料，碱为活化剂，在微波辐射作用下，通过调控升温速率和反应时间，使AR树脂先碳化再弱活化，进一步在首次充电过程中进行电场活化，在短时间内制备成高能量密度石墨微晶碳，避免了高温碱处理对设备的苛刻要求，且制品同常规制备方法所得的石墨微晶碳结构性能相类似。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

1、微波碳化AR树脂

取粒径＜120μm的干燥的AR树脂5g，在微波反应器容器中640W微波碳化处理6分钟。

2、弱活化AR树脂

将步骤1中微波碳化后的AR树脂研磨或球磨至粒径＜200μm，将其与氢氧化钾按质量比为1∶1.0混匀，置于微波反应器容器中，640W微波活化2分钟。

3、洗涤干燥

将步骤2中弱活化后的AR树脂取出，用去离子水洗至中性，放入真空度为-0.08MPa的真空烘箱内120℃干燥12小时，制备成石墨微晶碳。

所制备的石墨微晶碳按下述方法检测其电容性能：

(1)制备电极片