[发明专利]聚合物共聚活化复合法超级电容器用多孔炭材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非金属炭材料的制备方法，特别涉及用于超级电容器电极的多孔炭材料的制备方法。

背景技术

多孔炭材料具有孔隙发达、比表面积大、吸附性能好、化学稳定性高、价格低廉等特点，因此广泛地应用于环保、医药、化工、电子和军事等领域。科学技术的发展，在使多孔炭的需求量迅速增大的同时，也对其性能提出了更高的要求。用作超级电容器或双电层电容器(EDLC)电极材料的多孔炭，不仅需要高的比表面积，而且要求其孔径主要分布在直径较小的中孔（2～10nm）范围内，才能制得高比容量和高比功率的双电层电容器。目前市场上超级电容器电极用多孔炭材料多采用化学活化法制备，其中最常用的化学活化剂为KOH，究其原因是该法能得到高（>2000m²/g）比表面积的多孔炭材料。

采用单一KOH为活化剂时，为了追求高比表面积，KOH加入量往往较大（用量为被活化物质的3~8倍），使得污染严重，生产成本增加；同时，该法制得的多孔炭材料多属于微孔炭，平均孔径< 2 nm，用作超级电容器电极材料时，存在大电流密度下尤其是在有机电解液中容量衰减严重，功率特性降低等问题。

CN102515138A公开了一种高比表面积分级孔结构的多孔炭材料的制备方法，采用蔗糖、沥青、酚醛树脂等为碳源，二氧化硅为模板，KOH做活化剂（质量比为1:1~1:8），经过混合、炭化、模板去除、活化处理得到多孔炭材料，所得多孔炭材料比表面积在1700~2500 m²/g之间，孔径集中在1.5nm和10nm 左右。该法需要采用KOH溶解氧化硅模板，且活化时KOH用量大，工艺复杂且成本高。

CN102838105B公开了一种分级多孔炭材料的制备方法，以廉价的煤沥青为碳源，采用纳米三氧化二铁为模板，氢氧化钾为活化剂，经混合、研磨、活化、模板去除、洗涤等工序得到多孔炭材料，其中原料质量比为：煤沥青：三氧化二铁：氢氧化钾=（0.7~1.5）:（2~2.8）:1，制得的多孔炭材料比表面积介于1157~1330m²/g之间，总孔容介于0.69~1.35cm³/g之间，平均孔径介于2.39~4.05nm之间。该法与前述专利类似，需要采用硫酸溶解三氧化二铁模板，工艺复杂。且所得多孔炭材料比表面积偏低。

CN1872674A公开了一种用于超级电容器用多孔炭材料的制备方法，采用石油焦为富碳源料，经过预炭化后，与KOH按重量比为1:4~1:6进行浸渍混合，经过活化造孔后得到炭质电极材料，所得多孔炭材料比表面积在1500~2000m²/g，平均孔径在2~3nm。该方法KOH的使用量较大，生产成本高，同时该专利中并未给出该多孔炭材料在不同电解液中电化学性能如比电容值的大小。

CN166998A公开了一种生产高比表面积活性炭的方法，以烟杆固体废弃物为原料，经粉碎，干燥后，用氢氧化钾溶液浸渍，氢氧化钾溶液与烟杆废弃物的质量比为1∶1～5∶1，置入微波辐射装置中加热到600℃，保温一段时间出炉；再用盐酸溶液酸洗，用热水洗涤、烘干得到高比表面积活性炭产品。制得的多孔炭材料比表面积在2000～2500 m²/g 。该法中烟杆固体废弃物金属离子杂质含量高，作为电极材料时漏电流增加，循环稳定性差，且KOH活化剂用量大，而且需要采用昂贵的微波装置，进一步增加了生产成本。

因此选择合适的炭前驱体原料、活化剂，确定适宜的预处理工艺和活化工艺，保证多孔炭材料的孔隙结构和比表面积适用于超级电容器电极的同时降低环境污染和生产成本，是解决问题的关键。

发明内容

本发明旨在提供一种环保、生产成本较低且制得材料的比表面积高、孔径分布均匀、且电化学性能优良的用于超级电容器电极的多孔炭材料的制备方法。

本发明的实现方案如下：

多孔炭材料的制备方法，包括以下步骤。

聚合物共聚活化复合法超级电容器用多孔炭材料的制备方法，其制备步骤如下：

步骤1、　原料预处理：将热稳定的树脂类化合物和活性环氧预聚物按比例溶解于易挥发有机溶剂中，充分混合均匀，所述树脂类化合物与环氧预聚物的质量比为（2～5）：1；在催化剂作用下进行共聚反应，反应条件为，升温速率2~10℃/min，反应温度为120~220℃，反应时间为1~4h，制得共聚固化产物；