一种超级电容器碳材料的制备方法

摘要

本发明所公开的超级电容器碳材料的制备方法，包括以下步骤：将木薯渣投入水中，加入预浸剂，预浸30分钟；随后装料加热升温，当压力上升到0.8～1MPa时维持80～90分钟，开爆破；用水清洗，挤压烘干，在氮气保护下，升温至1000℃，恒温2小时，得到碳材料；将所得到的碳材料与石墨、β‑环糊精混合，用酒精将此混合物调制成半干料，研磨均匀并压成片，冲成圆片，压入两片泡沫镍中，100～110℃真空干燥20～24小时，制得电池用极片。

权利要求

1.一种超级电容器碳材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将木薯渣投入水中，加入预浸剂，预浸30 40分钟；随后装料加热升温，当压力上升到~

0.8 1.2MPa时维持80 90分钟，开爆破；用水清洗，挤压烘干，在氮气保护下，升温至1000~ ~ ~

1200℃，恒温2 3小时，得到碳材料；

~

将所得到的碳材料与石墨、β-环糊精混合，用酒精将此混合物调制成半干料，研磨均匀并压成片，冲成圆片，压入两片泡沫镍中，100 110℃真空干燥20 24小时，制得电池用极片；

~ ~

所述的预浸剂为NaOH与Na2SO3的混合物，两者的质量比为4:1；

所述的预浸剂质量浓度为3%。

2.根据权利要求1所述的超级电容器碳材料的制备方法，其特征在于，所述的升温的速率为10℃/分钟。

3.根据权利要求1所述的超级电容器碳材料的制备方法，其特征在于，所述的碳材料与石墨、β-环糊精的质量比为80 : 10 : 10。

4.根据权利要求1所述的超级电容器碳材料的制备方法，其特征在于，所述的电池用极片以铂片为对电极，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液，采用循环伏安法测试材料的比电容。

5.根据权利要求1所述的超级电容器碳材料的制备方法，其特征在于：称取100g木薯渣投入到装有3L水的桶中，加入预浸剂，所述预浸剂是NaOH和Na2SO3的混和物，NaOH和Na2SO3的质量比是4:1，预浸剂浓度为3%，预浸30分钟；随后装料加热升温，当压力上升到0.8MPa时维持80分钟，开爆破；用水清洗，挤压烘干，在氮气保护下，以10℃/分钟的速率，升温至1000℃，恒温2小时，得到碳材料；将所得到的碳材料与石墨、β-环糊精按照质量比80 : 10 : 10混合，用酒精将此混合物调制成半干料，研磨均匀并压成片，冲成圆片，压入两片泡沫镍中，100℃真空干燥24小时，制得实验电池用极片，以铂片为对电极，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液，采用循环伏安法测试材料的比电容。

说明书

一种超级电容器碳材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于电容器技术领域，具体涉及一种超级电容器碳材料的制备方法。

背景技术

[0002] 超级电容器又叫双电层电容器，是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，而只是在其两个多孔的正、负极板上发生阴、阳离子的电吸附和脱附过程，这种储能过程完全可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。

[0003] 以多孔碳为活性物质的超级电容器原理如下：当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层。由于电容与极板表面积成正比，而与正负电荷之间的间距成反比，而超级电容器的极板面积为多孔碳的比表面积，一般为1000～3000m2/g，比传统电容器的表面积大于3～4个数量级，超级电容器中正负电荷之间的间距约为0.5nm，因此超级电容器的容量非常大，可达到1～5000F，部分特殊设计的电容器甚至达到惊人的十万法拉。

[0004] 决定超级电容器性能优劣的关键材料是其电极材料，超级电容器的电极材料大都采用多孔碳材料，一般要求比表面积越高越好，对于同种类型的材料，比表面积越大，材料的导电性越低，同时孔体积越大。但超级电容器要求很高的功率密度和一定体积储能密度，因此对材料的导电性和孔容都有一定的要求，导电性越高越好，孔体积约为1.0～1.3cm3/g。现有技术中，多孔碳材料导电性好的，成本高；成本低的，导电性较差。

[0005] 公开号为CN101800131A的中国发明专利(公开日为2010年8月11日)公开了一种活性碳基材料及其制备方法，采用在惰性气体保护下，将掺杂或不掺杂的聚苯胺聚合物在500-1200℃碳化1-24h，然后进行高温活化或者溶液活化处理，所述高温活化为将碳化后的材料与活化剂在100-1000℃下保温0-20h，所述溶液活化为将碳化后的材料在硫酸、硝酸、盐酸、高锰酸钾、过氧化氢等的溶液中浸泡0.5-96h。但是，该方法制得的碳材料的比表面积仍然较小，限制了其比电容的进一步提高。

发明内容

[0006] 发明目的：针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种超级电容器碳材料的制备方法。

[0007] 技术方案：本发明所提供的超级电容器碳材料的制备方法，包括以下步骤：

[0008] 将木薯渣投入水中，加入预浸剂，预浸30～40分钟；随后装料加热升温，当压力上升到0.8～1.2MPa时维持80～90分钟，开爆破；用水清洗，挤压烘干，在氮气保护下，升温至1000～1200℃，恒温2～3小时，得到碳材料；

[0009] 将所得到的碳材料与石墨、β-环糊精混合，用酒精将此混合物调制成半干料，研磨均匀并压成片，冲成圆片，压入两片泡沫镍中，100～110℃真空干燥20～24小时，制得电池用极片。

[0010] 所述的预浸剂为NaOH与Na2SO3的混合物，两者的质量比为4:1。所述的预浸剂质量浓度为3％。

[0011] 所述的升温速率为10℃/分钟。

[0012] 所述的碳材料与石墨、β-环糊精的质量比为80:10:10。

[0013] 所述的电池用极片以铂片为对电极，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液，采用循环伏安法测试材料的比电容。

[0014] 更进一步的，本发明的优选方案为：

[0015] 称取100g木薯渣投入到装有3L水的桶中，加入预浸剂(NaOH：Na2SO3＝4:1)，预浸剂浓度为3％，预浸30分钟；随后装料加热升温，当压力上升到0.8MPa时维持80分钟，开爆破；用水清洗，挤压烘干，在氮气保护下，以的速率，升温至1000℃，恒温2小时，得到碳材料；

[0016] 将所得到的碳材料与石墨、粘结剂β-环糊精按照质量比80:10:10混合，用酒精将此混合物调制成半干料，研磨均匀并压成片，冲成圆片，压入两片泡沫镍中，100℃真空干燥24小时，制得实验电池用极片。以铂片为对电极，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液，采用循环伏安法测试材料的比电容。

[0017] 有益效果：本发明的超级电容器用含氮碳材料的制备方法简单，原材料成本低廉，易实现大规模生产。利用制得的超级电容器用含氮碳材料制备的超级电容器具有较高的比容量。具体实施方式：

[0018] 实施例1

[0019] 称取100g木薯渣投入到装有3L水的桶中，加入预浸剂(NaOH：Na2SO3＝4:1)，预浸剂浓度为3％，预浸30分钟；随后装料加热升温，当压力上升到0.8MPa时维持80分钟，开爆破；用水清洗，挤压烘干，在氮气保护下，以10℃/分钟的速率，升温至1000℃，恒温2小时，得到碳材料。

[0020] 将所得到的碳材料与石墨、β-环糊精按照质量比80:10:10混合，用酒精将此混合物调制成半干料，研磨均匀并压成片，冲成圆片，压入两片泡沫镍中，100℃真空干燥24小时，制得实验电池用极片。以铂片为对电极，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液，采用循环伏安法测试材料的比电容。

[0021] 按本实施例所制作的材料，以10mV/s的速度扫描时，比电容为325F/g。

[0022] 实施例2

[0023] 称取100g木薯渣投入到装有3L水的桶中，加入预浸剂(NaOH：Na2SO3＝4:1)，预浸剂浓度为3％，预浸40分钟；随后装料加热升温，当压力上升到1MPa时维持80分钟，开爆破；用水清洗，挤压烘干，在氮气保护下，以10℃/分钟的速率，升温至1000℃，恒温2小时，得到碳材料。

[0024] 将所得到的碳材料与石墨、β-环糊精按照质量比80:10:10混合，用酒精将此混合物调制成半干料，研磨均匀并压成片，冲成圆片，压入两片泡沫镍中，100℃真空干燥20小时，制得实验电池用极片。以铂片为对电极，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液，采用循环伏安法测试材料的比电容。

[0025] 按本实施例所制作的材料，以10mV/s的速度扫描时，比电容为335F/g。

[0026] 实施例3

[0027] 称取100g木薯渣投入到装有3L水的桶中，加入预浸剂(NaOH：Na2SO3＝4:1)，预浸剂浓度为3％，预浸40分钟；随后装料加热升温，当压力上升到1.2MPa时维持80分钟，开爆破；用水清洗，挤压烘干，在氮气保护下，以10℃/分钟的速率，升温至1000℃，恒温2小时，得到碳材料。

[0028] 将所得到的碳材料与石墨、β-环糊精按照质量比80:10:10混合，用酒精将此混合物调制成半干料，研磨均匀并压成片，冲成圆片，压入两片泡沫镍中，110℃真空干燥20小时，制得实验电池用极片。以铂片为对电极，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液，采用循环伏安法测试材料的比电容。

[0029] 按本实施例所制作的材料，以10mV/s的速度扫描时，比电容为333F/g。

[0030] 实施例4

[0031] 称取200g木薯渣投入到装有3L水的桶中，加入预浸剂(NaOH：Na2SO3＝4:1)，预浸剂浓度为3％，预浸40分钟；随后装料加热升温，当压力上升到1MPa时维持90分钟，开爆破；用水清洗，挤压烘干，在氮气保护下，以10℃/分钟的速率，升温至1200℃，恒温2小时，得到碳材料。

[0032] 将所得到的碳材料与石墨、β-环糊精按照质量比80:10:10混合，用酒精将此混合物调制成半干料，研磨均匀并压成片，冲成圆片，压入两片泡沫镍中，110℃真空干燥20小时，制得实验电池用极片。以铂片为对电极，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液，采用循环伏安法测试材料的比电容。

[0033] 按本实施例所制作的材料，以10mV/s的速度扫描时，比电容为341F/g。

[0034] 实施例5

[0035] 称取150g木薯渣投入到装有3L水的桶中，加入预浸剂(NaOH：Na2SO3＝4:1)，预浸剂浓度为3％，预浸40分钟；随后装料加热升温，当压力上升到1MPa时维持90分钟，开爆破；用水清洗，挤压烘干，在氮气保护下，以10℃/分钟的速率，升温至1100℃，恒温3小时，得到碳材料。

[0036] 将所得到的碳材料与石墨、β-环糊精按照质量比80:10:10混合，用酒精将此混合物调制成半干料，研磨均匀并压成片，冲成圆片，压入两片泡沫镍中，110℃真空干燥22小时，制得实验电池用极片。以铂片为对电极，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液，采用循环伏安法测试材料的比电容。

[0037] 按本实施例所制作的材料，以10mV/s的速度扫描时，比电容为343F/g。

[0038] 实施例6

[0039] 称取120g木薯渣投入到装有3L水的桶中，加入预浸剂(NaOH：Na2SO3＝4:1)，预浸剂浓度为3％，预浸45分钟；随后装料加热升温，当压力上升到1.2MPa时维持80分钟，开爆破；用水清洗，挤压烘干，在氮气保护下，以10℃/分钟的速率，升温至1100℃，恒温3小时，得到碳材料。

[0040] 将所得到的碳材料与石墨、β-环糊精按照质量比80:10:10混合，用酒精将此混合物调制成半干料，研磨均匀并压成片，冲成圆片，压入两片泡沫镍中，110℃真空干燥22小时，制得实验电池用极片。以铂片为对电极，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液，采用循环伏安法测试材料的比电容。

[0041] 按本实施例所制作的材料，以10mV/s的速度扫描时，比电容为339F/g。