一种改性活性炭材料、制备方法及其超级电容器应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112079356A(43)申请公布日2020.12.15(21)申请号202010922377.8(22)申请日2020.09.04(71)申请人北京化工大学地址100029北京市朝阳区北三环东路15号(72)发明人宋怀河苑仁鲁董玥陈晓红(51)Int.Cl.C01B32/354(2017.01)H01G11/24(2013.01)H01G11/34(2013.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种改性活性炭材料、制备方法及其超级电容器应用(57)摘要一种改性活性炭材料、制备方法及其超级电容器应用。以粒径5‑200μm的活性炭为起始原料，在无氧条件下进行机械致密化处理，得到改性活性炭材料，其盲孔率低于5％、振实密度大于0.6gcm‑3、导电率大于130Sm‑1。这种改性后的活性炭材料作为超级电容器电极材料时表现出良好的电化学性能：在1Ag‑1电流密度下的质量比容量最高可提高35％，体积比容量最高可提高330％，并且具有优异的倍率性能、循环稳定性。此外，自放电过程导致电压降低为初始电压一半的时间最高可延长300％，48小时后电压衰减最高可缩小20％。CN112079356ACN112079356A权利要求书1/1页1.一种改性活性炭材料，其特征在于，具有不高于5％的盲孔率。2.一种权利要求1所述的改性活性炭材料，其特征在于，所述盲孔率不高于3％。3.一种权利要求1所述的改性活性炭材料，其中，所述改性活性炭材料的振实密度大于0.6g·cm-3。4.一种权利要求1所述的改性活性炭材料，其中，所述改性活性炭材料的导电率大于130S·m-1。5.一种制备权利要求1-4之一所述的改性活性炭材料的方法，其特征在于：以粒径5-200μm的活性炭为起始原料在无氧条件下进行机械致密化处理。6.一种权利要求5所述的改性活性炭材料的制备方法，其中，所述活性炭材料选自商业活性炭，煤基活性炭和竹炭基活性炭。7.一种权利要求5所述的改性活性炭材料的制备方法，其中，所述机械致密化处理方式选自球磨、粉碎、研磨中的一种或多种。8.一种权利要求5所述的改性活性炭材料的制备方法，其中，所述机械致密化处理的处理转速为200-20000转/分钟，处理时间为5-48小时。9.一种权利要求8所述的改性活性炭材料的制备方法，其中，所述处理转速为500-6000转/分钟，所述处理时间为8-24小时。10.一种权利要求1-4之一所述的改性活性炭材料用于制备电极及其超级电容器应用。2CN112079356A说明书1/5页一种改性活性炭材料、制备方法及其超级电容器应用技术领域[0001]本发明涉及超级电容器电极材料领域，特别涉及一种改性活性炭材料、制备方法及其超级电容器应用。背景技术[0002]超级电容器具有功率密度高、充放电快速、使用寿命长等优势，近年来在智能分布式电网系统、军用设备、城市交通轨道储能装置、工程机械动力、风力发电系统等领域发挥着越来越重要的作用，并且超级电容器的高功率特性使其可以代替传统电池以满足电动汽车在启制动、爬坡时对高功率放电的需求。高性能超级电容器的研发关键在于如何改善和提高其核心部件，即电极材料的性能，因此研究制备高性能电极材料成为当务之急。[0003]目前活性炭是商品超级电容器普遍采用的电极材料，一方面，活性炭超高的比表面积和发达的孔道结构提供了大量的储能位点，是其双电层容量的主要来源；另一方面，以椰壳、煤炭、焦炭等低成本原料制备的活性炭材料目前已经实现大规模工业化生产，较低的生产成本是其在商业电容器中得到广泛应用的重要因素[Energy&EnvironmentalScience,2016,9(1):102-106.]。然而，随着小型移动设备、可穿戴器件等新兴应用领域的迅速发展，小型化和轻量化成为未来超级电容器的重要发展趋势，在此背景下，活性炭作为电极材料也暴露出许多问题：[0004](1)从结构角度考虑，活性炭材料通常为粒径在5-200μm的块体，粒径分布不均匀，颗粒之间堆积疏松，有大量的空隙，其疏松的组织形态使其需要消耗大量电解液的填充内部空隙，并且在集流体表面大量涂敷时极易脱落，限制了其单位面积负载量，导致集流体用量较大(商业涂炭铝箔、涂炭铜箔、泡沫镍集流体的价格分别为35-45，45-65和30-55万元/吨，面密度分别为5-6，8-10和28-40mgcm-2)。而电解液和集流体的大量使用不仅增大了器件中非活性组分的比重，降低了器件的整体容量，不利于器件的低成本和轻量化发展。此外，活性炭的大比表面积和多孔结构降低其堆积密度(0.3-0.6gcm-3)，极大限制了其作为超级电容器电极材料的体积性能，不利于器件小型化和便携化发展[Energy&Env