[发明专利]两步活化高性能活性炭、制备方法及锂离子电容器电极

说明书

本发明公开了一种两步活化高性能活性炭、制备方法及锂离子电容器电极，制备方法包括：将碳酸盐和碳源基础材料预设质量比加入到水溶液中搅拌均匀，形成均匀乳黄色预交联混合物；将预交联混合物冷冻干燥，获得混合固体；将混合固体在惰性气氛下进行碳化处理，获得的初步碳化产物通过预设浓度盐酸进行浸泡处理，用去离子水洗涤干燥，得到初生态活化活性炭；将初生态活化活性炭与磷酸进行混合，滤去过量的磷酸并干燥，获得混有磷酸的初生态活化活性炭；在惰性气氛下，将混有磷酸的初生态活化活性炭进行保温处理，洗涤干燥，得到两步活化高性能活性炭。本发明具有制备工艺简单、成本低、环境友好、电化学性能优异的有益效果。

技术领域

本发明涉及能源技术领域，尤其涉及一种两步活化高性能活性炭、制备方法及锂离子电容器电极。

背景技术

活性炭是一种经过特殊处理的碳材料，将有机原料在隔绝空气的环境下经过高温碳化处理，随后由活化剂进行表面反应，活化产生大量的微孔结构。其在污水处理、催化、催化剂负载、医用、军工、能源尤其是超级电容器等储能领域有着巨大的需求。目前全球市场对活性炭的需求非常巨大，仅仅2017年全球市场需求就达到了约280万吨，并且以8～9％的速度逐年增长，尤其对用于能源领域的高性能活性炭的需求更加旺盛。高性能活性炭在储能领域有着非常广泛的应用，例如超级电容器、锂离子电容器、催化剂载体等等，使得其在能源领域有着迫切的需求和重要的市场前景。

锂离子电容器(Lithium Ion Capacitor，简写LIC)作为锂离子电池和超级电容器的结合，兼具二者的高能量密度，高功率密度，长寿命的特点，是下一代储能器件中的翘楚。目前锂离子电容器的正极材料主要是以活性炭为主，通常商用的活性炭稳定性好，但是容量较低，大多数商用活性炭的容量为30～45mAh g^-1。因而在LIC的构筑中即便引入了高能量密度的锂离子电池负极以提升整体的能量密度，然而商用活性炭容量低的这一现状限制了LIC整体器件能量密度的提升。所以开发出制备方法简便的高性能的活性炭正极材料对于锂离子电容器的发展有着重要的意义。

当前高性能活性炭的制备方法多以强碱体系和强酸体系为主，制备条件苛刻、具有一定的危险性、且所用物质和残留物的后处理过程环境不友好，不符合绿色发展的理念。例如：CN1O2275937A中，先以氢氧化钠对稻壳进行预处理，由碳酸氢钠活化，产生大量的碱性废弃物，不利于后续废物处理。因此，如何降低高性能活性炭的制备成本以及降低制备过程中对环境的污染力度是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种两步活化高性能活性炭、制备方法及锂离子电容器电极，旨在解决现有技术中高性能活性炭的制备成本高、电化学性能差、制备过程复杂、对环境污染力度大的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种两步活化高性能活性炭的制备方法，包括以下步骤：

将碳酸盐和碳源基础材料按预设质量比加入到水溶液中搅拌均匀，形成均匀的乳黄色的预交联混合物；

将所述预交联混合物冷冻干燥，获得混合固体；

将所述混合固体在惰性气氛下进行碳化处理，获得的初步碳化产物通过预设浓度盐酸进行浸泡处理，再用去离子水洗涤干燥，得到初生态活化活性炭；

将初生态活化活性炭与预设倍数质量的磷酸以预设搅拌速度进行混合，滤去过量的磷酸并在第一预设时间内第一预设温度下干燥，获得混有磷酸的初生态活化活性炭；

在惰性气氛下，将所述混有磷酸的初生态活化活性炭进行保温处理，并洗涤且在第二预设时间内第二预设温度下干燥，得到两步活化高性能活性炭。

优选地，所述将碳酸盐和碳源基础材料按预设质量比加入到水溶液中搅拌均匀，形成均匀的乳黄色的类交联混合物的步骤，包括：