CN104624152A - 一种超级活性炭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超级活性炭的制备方法，采用高能球磨将高比表面活性炭和石墨材料混合制备高导电超级活性炭。采用球磨中剥落的石墨片层对活性炭进行包覆，提高活性炭导电性，使其能够满足锂离子电池、铅酸电池和超级电容器对高导电性活性炭的需求。该材料用于叠层式或卷绕式铅炭电池，使铅炭电池具有优良的脉冲响应性能，能提高铅蓄电池的功率密度和循环使用寿命；也可应用于电动车、电动工具、脉冲发射等领域的铅蓄电池。

Description

一种超级活性炭的制备方法
技术领域
本发明涉及一种超级活性炭的制备方法，属于化学工程领域。用于电动车、电动工具、脉冲发射等领域的电池和电容器。
背景技术
能源是人类社会生存发展的基础，从天然矿藏能源到电能的利用代表了科技发展的历程。近代，特别是上一世纪人类社会的飞速发展，使得人类资源消耗量急剧增加，致使以石油为主的传统化石能源日趋紧张，且造成大气污染越发严重，寻求可持续发展的途径、保护自然资源和自然环境成为21世纪的严重挑战。电能已经成为人类社会不可或缺的一种洁净的能源，任何其它资源利用一般都必须使用电能，电能的储存、转化、输送都用到电池/电容技术。
电动汽车(包括纯电动车和混合电动车HEV)无污染、使用成本低且有望调谐电网系统夜间的谷电，成为目前的研究热点和未来交通工具的发展趋势。铅蓄电池因其原料资源丰富、价格低廉、制备、维护工艺成熟和安全性好等特点，在电动车上有较好的应用前景，但目前其比功率低、循环寿命短的缺点制约了其在电动车上的应用。超级电容器(Supercapacitors)是性能介于传统电容器和电池之间的一种新型储能装置，其比能量是传统电容器的20～200倍，比功率一般大于1000W/kg，高于一般二次电池，循环寿命(＞105次)也优于电池，还具有能瞬间大电流充放电、工作温度范围宽、安全、无污染等优点，因而具有在电动汽车上的潜在应用前景。但是，迄今为止，电化学电容器的比能量还是低于二次电池，制约了其在电动车上的应用。
活性炭不但是超级电容器最主要的电极材料，也是锂离子电池和先进铅酸电池的电极添加剂。活性炭必须同时具备高比表面、高电导率和高孔容三个方面的性能，才能确保电池或超级电容器具有好的性能。然而，高比表面的活性炭一般电导率较低，难以满足超级电容器和各种电池要求。
目前增强活性炭导电性方法多是通过高温(1000℃以上)热处理，使得活性炭石墨层结构更加完整进而导电性提高。但是，这种方法不但耗能且效果不佳。
我们前期实验已经证明，在高能球磨的作用下，石墨的片层结构能逐层剥落。将高比表面活性炭与石墨通过高能球磨混合，剥落下来的石墨片层能够部分贴在活性炭颗粒表面，使得活性炭电导率提高，满足超级电容器和各种电池的要求。需注意的是，应用球磨的方法将石墨片层与活性炭结合，石墨的相对含量不宜过多，否则会使产物的比表面积严重降低，性能不佳。
发明内容
本发明为一种高导电活性炭的制备方法，其主要内容是采用高能球磨将高比表面活性炭和石墨材料混合，利用球磨中剥落的石墨片层对活性炭进行包覆，提高活性炭导电性，使其能够满足锂离子电池、铅酸电池和超级电容器对高导电性活性炭的需求。
本发明的一种超级活性炭的制备方法步骤如下：用活性炭和石墨为原料，按活性炭质量比40～95％、石墨质量比5～60％混合，采用转速为350～800转/分钟的球磨将原料混合10～600分钟制备，活性炭比表面积1200～3500m2/g，孔容0.5～2.2cm3/g，粒径1～500μm；石墨为天然石墨或人造石墨，石墨粒径1～500μm，杂质含量不超过0.01％。
本发明提供的制备方法优点在于：在高能球磨的作用下，石墨的片层结构能逐层剥落。将高比表面活性炭与石墨通过高能球磨混合，剥落下来的石墨片层能够部分贴在活性炭颗粒表面，使得活性炭电导率提高。该方法制得超级活性炭具有高比表面、高电导率的特点，能使得超级电容器、锂离子电池和铅酸电池电池具有大功率、长寿命的优点。
具体实施方式
实例1
取比表面2850m2/g的活性炭15g，其平均粒径44μm，商品天然石墨5g，其平均粒径，将两种材料与48个不锈钢球磨珠子混合，放入不锈钢球磨罐。球磨在500转/分钟的速率下工作240分钟，得到高电导率超级活性炭产物。使用该方法制备出活性炭的铅蓄电池比功率达554W/kg，循环寿命达641次。
实例2
取比表面2500m2/g活性炭12g，其平均粒径32μm，商品人造石墨3g，其平均粒径15μm，将两种材料与36个不锈钢球磨珠子混合，放入不锈钢球磨罐。球磨在800转/分钟的速率下工作60分钟，得到高电导率超级活性炭产物。使用该方法制备出活性炭的铅蓄电池比功率达613W/kg，循环寿命达558次。

Claims (1)

1.一种超级活性炭的制备方法，其特征在于该制备方法步骤如下：用活性炭和石墨为原料，按活性炭质量比40～95％、石墨质量比5～60％混合，采用转速为350～800转/分钟的球磨将原料混合10～600分钟制备而得；活性炭比表面积1200～3500m2/g，孔容0.5～2.2cm3/g，粒径1～500μm；石墨为天然石墨或人造石墨，粒径1～500μm，杂质含量不超过0.01％。
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