[发明专利]一种利用针状焦基炭材料制备超级电容器电极材料的方法

说明书

本发明涉及一种利用针状焦基炭材料制备超级电容器电极材料的方法，将研磨后的针状焦放入小烧杯中，加入乙醇和水混合溶液；再称取针状焦质量1‑5倍的碱，缓慢加入到混合溶液中，搅拌，干燥；混合物在管式炉加热，在惰性气体和氢气混合气氛下进行热处理，采用两个恒温阶段充分加热，取出，即得到多孔结构的针状焦基炭材料；再将其与金属盐溶于水，充分搅拌，放入反应釜中，水热反应，取出样品过滤干燥，即制得金属调控孔结构的针状焦基炭材料。本发明使用的原材料针状焦来源于煤化工的工业大生产过程，利用简单的工艺处理，即可以大大提高其高附加值，使其应用于绿色环保的新能源转换存储装置，即超级电容器的电极材料制备。

技术领域

本发明涉及一种利用针状焦基炭材料制备超级电容器电极材料的方法，尤其涉及一种利用金属调控孔结构的针状焦基炭材料制备高附加值电极材料的方法。

背景技术

超级电容器被认为是储能领域的最具创新性的一种。它具有许多吸引人的特性，如低等效串联电阻、充放电寿命和高功率密度等。随着可再生能源转换存储系统研究和应用的方兴未艾，超级电容器的开发需求日益迫切。因为现有科研水平还是集中于基础研究阶段，众多科研成果很难工业化生产，这主要是由于材料生产工艺复杂，原材料成本高等因素造成。碳元素在自然界中储量丰富，碳材料是制作双电层超级电容器最佳材料。我国煤炭资源丰富，在各种各样的碳材料中，煤系针状焦是可以在工业上大规模生产的，而且相对于石墨烯等高级别碳材料，价格非常低，因此针状焦是一种极具工业化价值的超级电容器电极材料。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用针状焦基炭材料制备超级电容器电极材料的方法，利用简单工艺制备高性能的超级电容器电极材料，开发焦炭高附加值全新利用方式。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种利用针状焦基炭材料制备超级电容器电极材料的方法，包括以下步骤：

1)将针状焦研磨到200目以上，研磨后的针状焦放入小烧杯中，加入乙醇和水混合溶液，乙醇和水体积比为3:1～1:3，针状焦与乙醇和水混合溶液的质量比控制在1:100-1:10；

2)再称取针状焦质量1-5倍的碱，缓慢加入到混合溶液中，搅拌器以100～500r/min的转速搅拌24小时以上，然后干燥；

3)混合物放在管式炉中间加热区域，在惰性气体和氢气混合气氛下进行热处理；

热处理过程分为两个恒温阶段：

第一阶段，管式炉以5～15℃/min的升温速率升高到350～450℃，保持1～3小时；

第二阶段，管式炉以5～15℃/min的升温速率升高到600～950℃，保持1～3小时；

取出，即得到多孔结构的针状焦基炭材料；

4)将多孔结构的针状焦基炭材料与金属盐溶于水，充分搅拌，放入反应釜中，120～150℃水热反应4～10小时，取出样品过滤干燥，即制得金属调控孔结构的针状焦基炭材料。

以得到的金属调控孔结构的针状焦基炭材料为电极材料，在室温大气条件下制作水系超级电容器电极，包括以下步骤：

1)以泡沫镍为集流体，切出圆片；以电解纸为电池隔膜纸，切出圆片；与此同时，将金属调控孔结构的针状焦基炭材料与与导电剂、粘结剂混合成浆料，浆料均匀的涂抹在泡沫镍圆片上，使用压片机施加5～15MPa的压力压制成电极片；

2)将电极片放在纽扣电池壳中间，滴加氢氧化钾或氢氧化钠溶液，装好电池后使用电池封口机以5～15MPa的压力封装电池。

所述的针状焦为煤工业过程中生产的煤系针状焦。

所述的惰性气体为氩气、氦气或氮气。