[发明专利]一种旧隔膜回收制备超级电容器用活性炭的方法及制得的活性炭在超级电容器的应用

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种旧隔膜回收制备超级电容器用活性炭的方法及制得的活性炭在超级电容器的应用，属于活性炭及超级电容器技术领域。

背景技术

超级电容器是一种具有百万次寿命、高比能、超大功率、超快充电的新型储能器件，属于战略性新兴产业，是新能源领域新型高效能量转换的关键储能器件，因此超级电容器被广泛应用于储能式现代有轨电车、储能式现代无轨电车、风力发电、电动汽车、油田、港口机械等领域。超级电容器的百万次使用寿命，使得其使用年限达10-20年，然而在10年以后，其必然面临怎样解决超级电容器回收的问题。超级电容器主要是由电极材料(碳粉和集流体)、电解液和隔膜组装而成。目前，关于电极材料和电解液的回收已经有所研究，如中国专利申请文件(申请号：201410150312.0)公开了一种超级电容器电极材料的回收方法。却鲜少有关于超级电容器隔膜的回收再利用方法的研究。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提共一种制备过程简单，环境污染小，并且易于实现工业化生产的旧隔膜回收制备超级电容器用活性炭的方法，且制得的活性炭具有高比表面积和发达的孔道结构，将制得的活性炭应用在超级电容器中，具有高比电容。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种旧隔膜回收制备超级电容器用活性炭的方法，所述的方法包括如下步骤：

(1)拆开超级电容器，分离电极、电解液和隔膜，将隔膜浸泡在水中，并搅拌10-120min，然后过滤，取出滤饼干燥，得到预处理隔膜；

(2)将预处理隔膜置于管式炉中，在氮气保护气氛下以1-15℃/min的升温速度升至700-1000℃，保温1-5h，然后停止供应氮气切换通入活化气体活化0.5-4h，然后将活化气体切换为氮气，并自然降温到室温，得到比表面积高于2000m²/g的活性炭；

本发明先通氮气除尽反应炉内的空气，防止隔膜燃烧，且从常温到700℃是隔膜的炭化过程，即形成碳粉的过程，然后通活化气体，利用活化气体对碳粉进行刻蚀造孔，进而形成活性炭。在本发明中，若温度低于700℃，活化气体的活化能较少，不利于活化造孔，而若温度高于1000℃，活化气体的活化性能太高，反而导致活性炭产率偏低。

在上述旧隔膜回收制备超级电容器用活性炭的方法中，步骤(1)中所述的隔膜为纤维素纸或聚丙烯膜。

在上述旧隔膜回收制备超级电容器用活性炭的方法中，步骤(2)中所述的活化气体为水蒸汽或CO₂。

作为优选，通入水蒸汽的流量为0.3-1L/min。

作为优选，通入CO₂的流量为0.2-3L/min。

活化气体的流量是影响生成活性炭的产率、比表面积和孔径分布的重要因素，进而影响超级电容器的性能。若活化气体的流量过高，活性炭的产率偏低，孔径的孔道较宽，电容器比电容偏低；若活化气体的流量过低，活性炭的比表面积偏小，电容器比电容偏低。

本发明还涉及一种上述旧隔膜回收制得的活性炭在超级电容器的应用，用上述旧隔膜回收制备超级电容器用活性炭的方法制得活性炭；

将活性炭与导电炭黑、粘结剂按照质量比为7-9:1-2:1的比例混合，并加入纯水，搅拌均匀得浆料，然后将浆料涂覆在导电铝箔表面，经干燥得到电极；

将电极经碾压、分切、冲切后，制得电极片半成品，然后将电极片半成品置于真空干燥箱内干燥，得电极片成品；

以纤维素纸为隔膜，将2个电极片成品正对放置，再以有机电解液为媒介，装配成超级电容器。

上述旧隔膜回收制得的活性炭具有高比表面积和优化的孔径分布，将其用在超级电容器中可进一步提高超级电容器的比电容。

在上述活性炭在超级电容器的应用中，所述的粘结剂为聚四氟乙烯(PTFE)或丁苯橡胶(SBR)。上述粘结剂有利于活性炭粘结于集流体即铝箔，且非常牢固，进而有利于提高超级电容的循环寿命。

在上述活性炭在超级电容器的应用中，所述的电解液为：0.8-1.2MTEABF₄的乙腈溶液(TEABF₄/AN)或0.8-1.2MSBPBF₄的乙腈溶液(SBPBF₄/AN)。本发明采用的电解液属于有机型电解液，其耐高电压，能有效增加超级电容的循环寿命。