CN107207257B - 基于碳化椰壳的用于锂离子电容器的阳极 - Google Patents

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Abstract

一种锂离子电容器中的阳极，所述阳极包括：·一种碳组合物，所述碳组合物包含：椰壳源的碳，其占85重量％至95重量％；导电碳，其占1重量％至10重量％；和粘合剂，其占3重量％至8重量％；和·导电基材，本发明以在1000℃至1600℃高温碳化椰壳为基础。另外，对于低温，可用HCl洗涤所述碳。所获得的碳显示出比结晶碳更多的无定形碳。

Description

基于碳化椰壳的用于锂离子电容器的阳极
优先权申请的交叉参考
本申请根据35U.S.C.§120，要求2015年1月30日提交的序列号为14/610782号的美国申请的优先权的权益，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
相关申请的交叉引用
本申请涉及与本文同时提交的共同拥有和转让的以下USSN申请：
14/610,752，2015年1月30日提交，名称为“COKE SOURCED ANODE FOR LITHIUMION CAPACITOR(用于锂离子电容器的焦炭来源的阳极)”；
14/610811，2015年1月30日提交，名称为“POLY-VINYLIDENE DIFLUORIDE ANODEIN A LITHIUM ION CAPACITOR(在锂离子电容器中的聚偏二氟乙烯阳极)”；
14/610848，2015年1月30日提交，名称为“PHENOLIC RESIN SOURCED CARBONANODE IN A LITHIUM ION CAPACITOR(在锂离子电容器中的酚醛树脂来源的碳阳极)”；和
14/610868，2015年1月30日提交，名称为“CATHODE FOR LITHIUM ION CAPACITOR(用于锂离子电容器的阴极)”，但是未要求它们的优先权。
本文中提及的每种公开物或专利文件的完整公开内容通过引用纳入本文。
背景技术
本公开涉及锂离子电容器(LIC)，涉及LIC中的阳极，以及涉及所述阳极中的组合物。
发明内容
在实施方式中，本公开提供了一种用于锂离子电容器中的阳极的碳组合物。
在实施方式中，本公开提供了一种用于锂离子电容器的阳极，所述阳极具有从廉价的碳源(例如椰壳)中获得的低表面积碳。
附图简要说明
在本公开的实施方式中：
图1示出了比较了不同碳的频率位移和峰强度的拉曼光谱。
图2示出了基于不同原料对碳调节循环得到的放电容量(基于阳级碳重量使放电容量标准化)。这些容量以C/2率(C/2rate)测量。
图3示出了比较了来自不同原料的七种碳的速率性能(rate performances)的体积Ragone(拉贡)图。
图4示出了对用不同条件处理的椰壳碳调节循环获得的以mAh/gm为单位的放电容量(基于阳极碳重量-C/2率)。
图5示出了比较了用不同条件处理的椰壳碳的体积Ragone图。
具体实施方式
下面参考附图(如果有的话)对本公开的各个实施方式进行详细描述。参考各个实施方式不限制本发明的范围，本发明的范围仅受所附权利要求书的范围限制。此外，在本说明书中列出的任何实施例都不是限制性的，并且仅列出了要求保护的本发明的诸多可能的实施方式中的一些实施方式。
在任何权利要求中列出的特征或方面一般可应用于本发明的所有方面。在任一项权利要求中所述的任何单个或多个特征或方面可以结合任一项或多项其他权利要求中所述的任何其他特征或方面或与任一项或多项其他权利要求中所述的任何其他特征或方面置换。
定义
“阳极”、“阳极电极”、“负电极”或类似的术语是指正电荷通过其流入极化电气装置的电极，并且电子从电极流出到外部电路。
“阴极”、“阴极电极”、“正电极”或类似的术语是指正电荷从其流出极化电气装置的电极。
“包括”、“包含”或类似术语意为包括但不限于，即内含而非排它。
用来描述本公开实施方式的修饰例如组合物中成分的量、浓度、体积、过程温度、过程时间、产量、流速、压力、粘度等数值及它们的范围或者组件尺寸等数值及它们的范围的“约”是指数量的变化，可发生在例如：用于制备材料、组合物、复合物、浓缩物、组件零件、制品或应用制剂的典型测定和处理步骤中；这些步骤中的无意误差；用来实施所述方法的原料或成分的制造、来源、或纯度方面的差异中；以及类似的考虑因素中。术语“约”还包括由于组合物或制剂的老化而与特定的初始浓度或混合物不同的量，以及由于混合或加工组合物或制剂而与特定的初始浓度或混合物不同的量。
“任选的”或“任选地”表示随后描述的事件或情形可能发生，或可能不发生，而且该描述包括事件或情形发生的情况和所述事件或情形不发生的情况。
除非另有说明，否则，本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其相应的定冠词“该/所述”表示至少一(个/种)，或者一(个/种)或多(个/种)。
可采用本领域普通技术人员熟知的缩写(例如，表示小时的“h”或“hrs”；表示克的“g”或“gm”；表示毫升的“mL”；表示室温的“rt”；表示纳米的“nm”以及类似缩写)。
在组分、成分、添加剂、尺度、条件、时间和类似方面公开的具体和优选的数值及其范围仅用于说明；它们不排除其他限定数值或限定范围内的其他数值。本公开的组合物和方法可包括本文所描述的任何数值或数值、具体数值、更具体的数值和优选数值的任何组合，包括显义或隐义的中间值和中间范围。
锂离子电容器(LIC)为一类新型的创新性复合储能装置。不同于EDLC的基于在两个电极上的双层机制储存能量，复合锂离子电容器经由双层机制在阴极上储存能量，而在阳极上则经由法拉第机制(Faradaic mechanism)储存能量。因此，在这样的装置中的能量密度可以比EDLC的大例如五倍，同时还使功率维持比EDLC的功率大3至4倍。尽管有能量储存的法拉第机制，这些LIC装置仍然显示出了极高的循环寿命，例如，超过200,000次循环，从而使得所述装置对许多应用有吸引力。LIC在正电极上采用高表面积(通常大于1,000m2/g)碳，并在阳极上采用具有低孔隙度和低表面积(通常小于300m2/g)的嵌入碳，该高表面积碳与低表面积碳的结合支持锂离子的快速嵌入和脱嵌。在充电和放电期间，锂嵌入和脱嵌发生在负极(即阳极)的主体内，而阴离子吸附和脱附发生在正电极(即阴极)上。在正电极上的吸附和脱附是一个非法拉第反应，其比负电极上的锂离子嵌入和脱嵌相对更快。
如上文所提及的，在锂离子电容器中，负电极(嵌入和脱嵌)可用锂金属预先掺杂。锂离子电容器的预先掺杂使得电压增加到大致约3.8伏。
锂离子电容器允许电压为EDLC的约1.5倍。电池电容(C＝Q/V)可通过充电-放电曲线进行描述。由于能量密度与功率均与电压的平方成正比，因此，所述装置的能量密度和功率密度显著增加。除了与电压相关的增加，法拉第反应还具有与其相关的显著更大的能量并且有助于能量密度和功率密度的增加。负电极在电池的充电和放电期间保持恒定或相等的电势。
负电极或阳极的性质对装置的性能来说至关重要。这些性质主要源自包含负电极的材料。包含负电极的碳材料对装置的性能来说至关重要。锂离子电容器阳极所需的性质不同于锂离子电池阳极所需的性质，虽然二者均涉及将锂离子插入碳结构。由于锂离子电容器为一种功率装置，因此，离子的快速嵌入-脱嵌是必不可少的，而对于锂离子电池而言，缓慢的嵌入速率是可接受的。在实施方式中，本公开提供了一种用于锂离子电容器的阳极电极中的碳。以所需的高充电-放电率获得了所提供的数据。
已经评估了作为锂离子电容器的阳极材料的不同类型的碳。虽然已经将石墨主要用作材料的选择，但是也使用硬碳材料，即具有低表面积的非石墨材料。由于硬碳材料与石墨之间的结构差异，因此，相较于石墨，硬碳材料显示出了极优的放电容量。
充电容量和放电容量分别是在充电-放电过程期间，电荷被储存和释放的定量量度。放电容量是碳材料的固有性质。放电容量越高，则装置的能量密度越高。碳材料的放电容量可取决于例如碳的结构以及存在于碳材料中的杂质水平。
本公开提供的实验支持显示出：与石墨(即用于已出版的研究的标准材料)、酚醛树脂(660℃)(对比用商购材料)和在600℃下及在1000℃下碳化的椰壳源的碳相比，椰壳源的碳的速率性能极优异。在1200℃下、在1400℃下及在1600℃下碳化的椰壳源的碳显示出极优异的速率性能，尤其是在较高的速率下(较高的电流下)显示出极优异的速率性能。
本公开提供了本公开的碳组合物、阳极和LIC的实验数据，所述数据包括作为所公开的阳极碳的锂离子电容器中的阳极材料，由各种不同原材料制成的阳极碳(例如由酚醛树脂产生的碳，以及由石墨产生的碳)之间的性能对比。
在1200℃下碳化椰壳、在1400℃下碳化椰壳、以及在1600℃下碳化椰壳所产生的碳产物与其他碳及其相关的处理物相比，显示出最高的放电容量。
因为电容器装置进行高速率的充电-放电循环，因此速率性能是至关重要的，这与充电放电速率低几个数量级的电池不同。
在实施方式中，本公开包括用于锂离子电容器的高性能活性材料，以及由这些材料制成的电极。本公开还包括一种由碳组合物制造电极的方法，该碳组合物被用作锂离子电容器中的阳极。
在实施方式中，本公开提供了一种用于锂离子电容器中的阳极的碳组合物。
在实施方式中，本公开提供了一种用于锂离子电容器的阳极，所述阳极具有从廉价的碳源(例如椰子壳)中获得的低表面积碳。
在实施方式中，本公开提供了一种硬碳，所述硬碳与其他硬碳或石墨相比显示出优异的放电容量。此外，所公开的碳具有优异的速率性能，尤其是在高速率下具有优异的速率性能，从而导致了更高的功率和优异的性能。下文提供了所述材料、制造和使用的方法，以及装置性能，并且与现有技术材料进行了对比。
在实施方式中，本公开将由椰壳源制备的所公开的硬碳与石墨进行了性能对比，并且与由不同的原料(例如商购的酚醛树脂)生成的碳进行了性能对比。
在实施方式中，本公开提供了一种制造碳的方法，所述碳作为锂离子电容器中的阳极材料。本公开包括含有椰壳来源的硬碳的阳极与由不同的原料(例如酚醛树脂和商购的石墨)生成的碳之间的性能对比。本公开鉴定了锂离子电容器的性能的基本方面，所述锂离子电容器具有椰壳源的活性碳作为阳极侧上的电极材料；并且将椰壳椰壳源的活性碳与源自酚醛树脂和石墨的活性碳进行了对比。
已知用于锂离子电容器中的阳极电极上的碳质材料会嵌入和脱嵌锂离子(参见J.Electrochem.Soc.,第140卷,第4期,922-927,1993年4月)。充电容量和放电容量分别是碳的储存电荷或释放电荷的定量量度。放电容量是碳的固有性质。碳的放电容量可取决于例如碳的结构以及存在于碳中的杂质水平。放电容量可直接反映在能量电池的性能方面上。因为碳会直接积极地影响电池的包装体积，所述电池的包装体积进而会积极地影响锂离子电容器装置中的能量密度和功率密度，因此，在阳极侧上的碳中较高的放电容量是期望的性质。重要的是，注意，所述容量须在高放电速率下测量，因为电容器是一种功率装置，其不同于能量装置(例如电池)，在能量装置中，放电速率显著更低。高放电速率下的材料的容量会与低放电速率下的不同，并且会是材料结构的函数，该结构控制了锂离子扩散进入材料结构的速率。
在实施方式中，本公开提供了一种锂离子电容器中的阳极，所述阳极包含：
一种碳组合物，所述碳组合物包含：椰壳源的碳，占85重量％至95重量％；导电碳，占1重量％至10重量％；和粘合剂，占3重量％至8重量％，基于所述碳组合物的100重量％计；和
导电基材，例如铜箔或铝箔，
其中，通过拉曼分析，椰壳源的碳组合物的无序化(D)峰与石墨(G)峰强度比率为1.40至1.85；氢含量为0.01重量％至0.25重量％；氮含量为0.01重量％至0.55重量％；氧含量为0.01重量％至2重量％。
在实施方式中，所述椰壳源的碳可例如以88至92重量％存在；导电碳可例如以4至7重量％存在；并且所述粘合剂为PVDF且其可例如以4至6重量％存在，并且PVDF的分子量为300,000至1,000,000。
在实施方式中，通过拉曼分析，椰壳源的碳组合物的无序化(D)峰与石墨(G)峰强度比率可为例如1.48至1.8。
在实施方式中，所述椰壳源的碳例如氢含量可为0.01重量％至0.24重量％；氮含量可为0.03重量％至0.5重量％；氧含量可为0.01重量％至1.9重量％，包括中间值和中间范围。
在实施方式中，所述椰壳源的碳可具有例如1m2/g至100m2/g的相对低的表面积，如10m2/g至75m2/g、20m2/g至50m2/g以及类似面积，包括中间值和中间范围。
在实施方式中，所述椰壳源的碳的粒度为例如1微米至30微米、2微米至7微米，以及类似粒度，包括中间值和中间范围。
在实施方式中，所述阳极在高充电-放电速率下运行，例如，在1C至4000C的充电-放电速率下运行，包括中间值和中间范围。
在实施方式中，所述锂离子电容器还可包含，例如：电池，所述电池包含：上文提及的阳极和堆叠的阴极，以及在阳极上的锂复合物粉末(在下文提及)，所述堆叠的阴极包含经热活化和KOH活化的小麦粉来源的碳，例如85％康宁碳(Corning carbon，在下文提及)；含氟聚合物，例如10％PTFE DuPont(杜邦)601A Teflon(特氟隆)；导电碳黑，例如5％CabotBlack Pearl(卡波特黑珍珠)2000；隔膜，例如NKK-4425。
在实施方式中，所述电池的放电容量基于阳极碳重量可为例如60mAh/gm至120mAh/gm，如96.32mAh/gm，并且其最大能量密度可为例如20Wh/l至60Wh/l，如44.77Wh/l。
在一些实施方式中，本公开提供了一种制造上文提及的碳组合物的方法，所述方法包含：
在惰性气氛中，在1000℃至1700℃下，第一次加热(例如碳化)椰壳源的碳，加热0.5小时至5小时；和
将所形成的碳研磨成粉末。
在实施方式中，所述制造方法还可包含，例如用水性酸(例如HCl)洗涤所形成的粉末。在实施方式中，所述制造方法还可包含，例如在1000℃至1700℃下第二次加热(即再加热)经水性酸洗涤的粉末。
在实施方式中，所述第一次加热和第二次加热可在例如1000℃至1600℃下加热1至3小时完成。
在实施方式中，所述第一次加热和第二次加热中的至少一者可在例如1100℃至1300℃、1150℃至1250℃下完成，包括中间值和中间范围。
在实施方式中，所述第一次加热和第二次加热中的至少一者可在例如1300℃至1500℃、1350℃至1450℃下完成，包括中间值和中间范围。
在实施方式中，所述第一次加热和第二次加热中的至少一者可在例如1500℃至1700℃、1550℃至1650℃下完成，包括中间值和中间范围。
在实施方式中，本公开提供了一种通过上文提及的方法制备的碳组合物。所公开的碳组合物在例如锂离子电容器应用特别有用。
本公开在多个方面有优势，包括例如：高放电容量碳、高速率性能改进了功率性能并降低了生产成本。
确定椰壳源的硬碳具有高的放电容量和优异的速率性能。参考附图，图2示出了在对酚醛树脂源的碳(其中将所述树脂在660℃下碳化)、椰壳碳(在1600℃、1400℃、1200℃、1000℃、600℃下碳化)和石墨调节循环数期间的放电容量(以阳极碳重量为标准，在C/2速率下测量)。
在1200℃、1400℃和1600℃下碳化的椰壳源的碳的放电容量(图2)高于在660℃下碳化的酚醛树脂源的碳；在600℃下碳化的椰壳源的碳；在1000℃下碳化的椰壳碳和石墨。在调节了三次充电-放电循环后，在1000℃下碳化、用HCl洗涤并在1000℃下再处理的椰壳源的碳的放电容量，相比于在660℃下碳化的酚醛树脂源的碳(39.37mAh/gm)，在600℃下碳化的椰壳源的碳(18.20mAh/gm)和石墨(48.46mAh/gm)，显示出70.59mAh/gm的更高的放电容量。
在对以下物质调节三次充电放电循环后，在1000℃下碳化、用HCl洗涤并在1000℃下再处理的椰壳碳的放电容量为70.59mAh/gm；在660℃下碳化的酚醛树脂的放电容量为39.37mAh/gm；在600℃下碳化的椰壳碳的放电容量为18.20mAh/gm；石墨的放电容量为48.46mAh/gm，与上述物质相比，在1200℃、1400℃和1600℃下碳化的椰壳碳分别显示出了更高的放电容量——96.32mAh/gm、88.64mAh/gm和105.39mAh/gm。
椰壳源的碳的这一期望的特性转化成了对锂离子电容器的能量密度和功率密度(速率性能)的积极影响，所述锂离子电容器用分别在1200℃、1400℃和1600℃下碳化的椰壳源的碳构造。
图3示出了七种不同的碳的速率性能对比，所述七种不同的碳即：由酚醛树脂来源、椰壳来源和石墨生成的碳。由椰壳碳制造(即来源于椰壳碳)的碳为在1000℃下碳化、用HCl洗涤并分别在1200℃、1400℃或1600℃下再处理的碳，其在较高的充电率下示出了最佳的速率性能。由椰壳碳制造(即来源于椰壳)的碳为在1,000℃下碳化、用HCl洗涤并分别在1200℃、1400℃或1600℃下再处理的碳，其与其他四种碳相比，低速率、中等速率和高速率下显示出更高的能量密度和功率密度。然而，在1000℃下碳化、用HCl洗涤并在1200℃、1400℃或1600℃下再处理的椰壳碳，其在较高的放电速率下示出了极优异的性能。碳化温度对放电容量来说具有显著的影响。虽然不限于理论，但是碳化温度对放电容量的影响可能通过如上文给出的拉曼数据所见的，碳的结构随着碳化温度的改变而改变得到解释。
在实施方式中，本公开提供的椰壳硬碳具有高的放电容量和优异的速率性能。图2示出了在对酚醛树脂源的碳(在660℃下碳化)、椰壳源的碳(在1600℃、1400℃、1200℃、1000℃或600℃下碳化)和石墨调节循环期间的放电容量(以阳极碳重量为标准，在C/2速率下测量)。
还提供了数据用于由不同处理条件生成的椰壳源的碳的性能。评估了三种不同的条件：在1000℃下碳化的椰壳源的碳；在1000℃下碳化，随后用HCl洗涤的椰壳源的碳；用HCl洗涤，然后碳化至1000℃的椰壳源的碳，并与在1000℃下碳化，用HCl洗涤并在1000℃下再处理的椰壳源的碳或基于椰壳的碳进行对比。
图4示出了对由不同的处理条件生成的不同的椰壳碳进行三次调节循环的放电容量，将其与在1000℃下碳化，用HCl洗涤并在1000℃下再处理的基于椰壳的碳进行对比。相较于其他两种条件，即在1000℃下碳化的椰壳碳(65.97mAh/gm)；在1000℃下碳化，随后用HCl洗涤的椰壳碳(50.32mAh/gm)，在1000℃下碳化，用HCl洗涤并在1000℃下再处理的椰壳碳观察到了更高的放电容量(70.59mAh/gm)。当与在1000℃下碳化，用HCl洗涤并在1000℃下再处理的椰壳碳对比时，通过洗涤原料椰壳粉/颗粒，随后在1000℃下碳化而制造的椰壳碳显示出相当的放电容量(69.61mAh/gm)。
图5示出了在不同条件下处理的三种不同的椰壳碳的速率性能，并且将它们与在1000℃下碳化，用HCl洗涤并在1000℃下再处理的椰壳碳进行了对比。在1000℃下碳化，随后经HCl洗涤并在1000℃下进行第二次处理的椰壳碳示出了最佳的速率性能(体积的)。在1000℃下碳化，随后经HCl洗涤并在1000℃下进行第二次处理的椰壳碳，在较高的电流速率下示出了更高的能量密度和功率密度。通过洗涤原料椰壳粉/颗粒，随后在1000℃下碳化而制造的椰壳碳，与通过在1000℃下碳化，随后经HCl洗涤并在1000℃下进行第二次处理的椰壳碳相比，示出了相当的速率性能，并且具有更低的电流速率但在较高的电流速率下性能略微下降。总的来说，本公开的通过在1000℃下碳化，随后经HCl洗涤并在1000℃下进行第二次处理的椰壳碳，在被评估的所有的不同的碳中，具有更高的放电容量和优异的速率性能。经HCl洗涤和1000℃处理对于从碳中除去痕量金属杂质和有机杂质起到至关重要的作用。附加的HCl洗涤和第二次的1000℃处理有助于提供碳的更佳性能(即容量性能和速率性能)。
实施例
以下实施例展示了所公开的活性碳、LIC阳极、LIC的制造、使用和分析；以及按照上述一般程序进行的方法。
对比实施例1
在660℃下的酚醛树脂源的碳(在US 2013/0201606A1中提及)从乔治亚太平洋(Georgia Pacific)获得酚醛树脂——
Figure BDA0001365488820000101
510D50 RESI-
Figure BDA0001365488820000103
浸渍酚醛树脂，并在100℃至125℃下固化。还通过在100℃至120℃下固化酚醛树脂然后研磨成细微粉末制备酚醛树脂板。然后将树脂置于甑式炉中并以50℃/小时加热至500℃。接着将炉温度在500℃下保持1小时。再将炉以10℃/小时快速升温至660℃。然后将炉在660℃下保持1小时。关闭炉并使其被动冷却。将所形成的碳研磨至5微米粒度。使经研磨的碳进行拉曼光谱法以进行结构分析。堆叠的拉曼光谱示于图1。在660℃处理的酚醛树脂源的碳在1308.83cm-1处示出了一个ID峰(无序化峰)，其强度为2339.745a.u.，在约1601.01cm-1处示出了一个IG峰，其强度为1952.962a.u.(表1)。在660℃下处理的酚醛树脂源的碳的ID/IG的峰比率为1.1980。还使该酚醛树脂源的碳进行相对百分比的碳、氢、氮和氧元素分析。在进行分析前，先将样品在125℃下真空干燥6小时。所有元素结果以干基报告并总结于表2。实测值：C：95.27％；H：1.76％；N：0.1％和O：2.11％。还使该酚醛树脂源的碳进行BET分析以探测碳的表面积，该表面积为426.8621m2/gm。
所形成的碳用于铸造锂离子电容器的阳极电极。该阳极由90重量％的经研磨的酚醛树脂源的碳、5重量％Timcal Super C-45导电碳和5重量％的作为粘合剂的KYNAR HSV900级PVDF(分子量：1,000,000)组成。
如下制备阳极。在Retsch PM-100球磨机中以350rpm球磨3.6克的经研磨的酚醛树脂源的碳和0.2克的Timcal Super C-45，球磨15分钟。将0.2克的PVDF加入到酚醛树脂源的碳与Timcal Super C-45的研磨混合物中，并且以350rpm球磨混合物15分钟。将数滴N-甲基吡咯烷酮(NMP)加入到混合物中以形成混合物的糊。然后将该糊涂覆到铜箔(产品编号——Oak Mitsui TLB-DS)上，并将其通过轧机以产生4密耳厚度。接着将5mg的锂复合物粉末(LCP，用于预先掺杂阳极)涂覆到在660℃下由经研磨的酚醛树脂源的碳制造的阳极上。冲压经压延的阳极电极以制成直径为14mm的圆形电极。在120℃下真空干燥经冲压的阳极电极，干燥16小时。
将锂离子电容器构建到CR2032型电池中。阴极由85重量％的下文提及的活性康宁碳、10重量％PTFE(DuPont 601A Teflon PTFE)和5重量％Cabot Black Pearl 2000组成(参见例如，第8,318,356号、第8,784,764号、第8,524,632号和第8,541,338号美国专利)。隔膜为NKK-4425隔膜。
锂复合物粉末(LCP)为被包封的锂颗粒，其包含：芯，所述芯包含以下至少一种：锂、锂金属合金、或其组合；壳，所述壳包含锂盐和油，所述壳包封所述芯，并且所述颗粒的直径为1微米至500微米(参见共同拥有和转让的2012年11月9日提交的，名称为“LITHIUMCOMPOSITE PARTICLES(锂复合物颗粒)”的USSN 13/673019，以及2014年9月23日提交的，名称为“ENCAPSULATED LITHIUM PARTICLES AND METHODS OF MAKING AND USE THEREOF(包封的锂颗粒及其制造方法和用途)”的USSN 14/493886)。
上文提及的康宁碳由小麦粉前体制成。在650℃至700℃下碳化小麦粉。将被碳化的碳研磨至约5微米的粒度。然后将经研磨的被碳化的碳在750℃下用KOH(碱)以KOH:碳的重量比为2.2:1活化2小时。将该碳用水进一步洗涤以除去剩余的KOH。然后用HCl处理所形成的活性碳以中和任何痕量的KOH，接着用水洗涤以将该碳中和至pH 7。然后在氮气和氢气形成气体下，在900℃下热处理该活性碳2小时。
接着将电池在MTI硬币型电池压折器上压折，并在Arbin BT 2000中以恒定电流进行调节，以0.5mA电流充电/放电，从3.8V调节到2.2V。在进行第三次调节循环后，经研磨的酚醛树脂源碳的放电容量为39.374mAh/gm(基于阳极碳重量计)(图2)。使该电池进行C速率性能评价，其中，以1mA的恒定电流对电池充电并以不同速率对电池放电。图3示出了基于体积计的酚醛树脂源碳的C速率性能。该电池示出了29.44Wh/l的最大能量密度。
对比实施例2
石墨从MTI公司(MTI Corp.)获得专门合成用于锂离子电极应用的Timcal TB-17石墨粉末，按原样使用。使原样的碳进行拉曼光谱法以进行结构分析。堆叠的拉曼光谱示于图1。石墨在1316.33cm-1处具有一个ID峰(无序化峰)，其强度为3019.06a.u.，在约1599.91cm-1处具有一个IG峰，其强度为2000.583a.u.(表1)。ID/IG的峰比率为1.51。使Timcal TB-17石墨进行如对比实施例1所述的元素分析；实测值：C：99.4％；H：0.27％；N：0.02％和O：小于0.1％。
该石墨用于铸造锂离子电容器的阳极电极。该电极由90重量％Timcal TB-17石墨粉末、5重量％MTI公司(MTI Corp.)的Timcal Super C-45导电碳和5重量％的作为粘合剂的KYNAR HSV 900级PVDF(分子量：1,000,000)组成。
如下制备阳极。在Retsch PM-100球磨机中以350rpm球磨3.6克的Timcal TB-17石墨粉末和0.2克的Timcal Super C-45，球磨15分钟。将0.2克的PVDF加入到石墨与TimcalSuper C-45的混合物中，并且以350rpm球磨15分钟。将几滴N-甲基吡咯烷酮(NMP)加入到混合物中以形成混合物的糊。然后将该糊涂覆到铜箔(产品编号——Oak Mitsui TLB-DS)上，并将其通过轧机以获得4密耳厚度。冲压经压延的电极以制成直径为14mm的圆形电极。在120℃下真空干燥经冲压的电极，干燥16小时。
将锂离子电容器构建到CR2032型电池中。阴极包括85％的上文提及的康宁碳、10％PTFE(DuPont 601A Teflon PTFE)和5％Cabot Black Pearl 2000。隔膜为NKK-4425隔膜。将5mg的锂复合物粉末(LCP用于预先掺杂阳极)涂覆到由Timcal TB-17石墨粉末制成的阳极上。
接着将电池在MTI硬币型电池压折器上压折，并在Arbin BT 2000中以恒定电流进行调节，以0.5mA电流充电/放电，从3.8V调节到2.2V。在进行第三次调节循环后，具有Timcal TB-17石墨粉末的电池的放电容量为48.46mAh/gm(基于阳极碳重量计)(图2)。使该电池进行C-速率性能评价，其中，以1mA的恒定电流对电池充电并以不同速率对电池放电。图3示出了基于体积计的Timcal TB-17石墨粉末的C-速率性能。该电池示出了36.69Wh/l的最大能量密度。
对比实施例3
椰壳源的碳(600℃碳化；HCl处理；和第二次600℃处理)从Reade Materials获得椰壳颗粒并在氮气条件下碳化至600℃，碳化2小时。然后将所形成的碳研磨至5微米粒度。再用1N HCl洗涤经研磨的碳，洗涤16小时，随后用蒸馏水洗涤至pH 5。接着在氮气下，在600℃下热处理经洗涤的碳2小时。使所形成的碳进行拉曼光谱法以进行结构分析。堆叠的拉曼光谱示于图1。经热处理的碳在1334.48cm-1处具有一个ID峰(无序化峰)，其强度为2328.612a.u.，在约1587.88cm-1处具有一个IG峰，其强度为2002.222a.u.(表1)。ID/IG的峰比率为1.16。使经热处理的碳进行如对比实施例1所述的元素分析；实测值：C：94.10％；H：2.12％；N：0.15％和O：2.88％。
经热处理的碳用于铸造锂离子电容器的阳极电极。该阳极电极由90重量％的经热处理的椰壳源的碳、5重量％Timcal Super C-45导电碳和5重量％的作为粘合剂的KYNARHSV 761级PVDF(分子量：300,000至400,000)组成。
如下制备阳极。在Retsch PM-100球磨机中以350rpm球磨3.6克的经加热处理的椰壳源的碳和0.2克的Timcal Super C-45，球磨15分钟。将0.2克的PVDF加入到经热处理的椰壳源的碳与Timcal Super C-45的混合物中，并且以350rpm球磨15分钟。接着向混合物中加入6mL的N-甲基吡咯烷酮(NMP)。以350rpm再次球磨混合物20分钟。球磨后将浆液棒涂至铜箔(产品编号——Oak Mitsui TLB-DS)上。在25℃下真空干燥经涂布的电极，干燥16小时。然后将干燥的电极延压至所需的4密耳厚度。(集电器厚度不包括在4密耳内)。冲压经压延的电极以制成直径为14mm的圆形电极。接着在120℃下真空干燥经冲压的电极，干燥16小时。
将锂离子电容器构建到CR2032型电池中。阴极包括85％的上文提及的康宁碳、10％PTFE(DuPont 601A Teflon PTFE)和5％Cabot Black Pearl 2000。隔膜为NKK-4425隔膜。将5mg的上文提及的锂复合物粉末(LCP用于预先掺杂阳极)涂覆到由在600℃下处理的椰壳源的碳制成的阳极上。
接着将电池在MTI硬币型电池压折器上压折，并在Arbin BT 2000中以恒定电流进行调节，以0.5mA电流充电/放电，从3.8V调节到2.2V。在进行第三次调节循环后，椰壳源的碳的放电容量为18.208mAh/gm(基于阳极碳重量计)(图2)。使该电池进行C-速率性能评价，其中，以1mA的恒定电流对电池充电并以不同速率对电池放电。图3示出了基于体积计的进行对比的椰壳源的碳(600℃；HCl；600℃)的C-速率性能。该电池示出了16.31Wh/l的最大能量密度。
实施例4
椰壳源的碳(用HCl洗涤并进行第二次的1000℃处理)。从Reade Materials获得200目的椰壳粉。然后在氮气下将该粉碳化至1000℃，碳化2小时。接着将所形成的碳研磨至5微米粒度。再用1N HCl洗涤经研磨的碳，洗涤16小时，随后用蒸馏水洗涤至pH 5。接着在氮气下，将该碳热处理至1000℃。使所形成的碳进行拉曼光谱法以进行结构分析。堆叠的拉曼光谱示于图1。经热处理的碳在1305.47cm-1处具有一个ID峰(无序化峰)，其强度为3445.148a.u.，在约1599.91cm-1处具有一个IG峰，其强度为1928.368a.u.(表1)。ID/IG的峰比率为1.79。使经热处理的碳进行如对比实施例1所述的元素分析；实测值：C：94.48％；H：0.14％；N：0.45％和O：1.42％。还使经热处理的碳进行BET分析以探测碳的表面积，该表面积为27.5834m2/gm。
经热处理的碳用于铸造锂离子电容器的阳极电极。该阳极由90重量％的经热处理椰壳碳、5重量％Timcal Super C-45导电碳和5重量％的作为粘合剂的KYNAR HSV 900级PVDF(分子量：1,000,000)组成。
如下制备阳极。在Retsch PM-100球磨机中以350rpm球磨3.6克的经加热处理的椰壳碳和0.2克的Timcal Super C-45，球磨15分钟。将0.2克的PVDF加入到混合物中，并且以350rpm再球磨15分钟。将几滴N-甲基吡咯烷酮(NMP)加入到混合物中以形成糊。然后将该糊涂覆到铜箔(产品编号——Oak Mitsui TLB-DS)上，并将其通过轧机以获得2.75密耳厚度。
将锂离子电容器构建到CR2032型电池中。阴极包括85％的上文提及的康宁碳、10％PTFE(DuPont 601A Teflon PTFE)和5％Cabot Black Pearl 2000。隔膜为NKK-4425隔膜。将5mg的上文提及的锂复合物粉末(LCP用于预先掺杂阳极)涂覆到由在1000℃下处理的椰壳源的碳制成的阳极上。
接着将电池在MTI硬币型电池压折器上压折，并在Arbin BT 2000中以恒定电流进行调节，以0.5mA电流充电/放电，从3.8V调节到2.2V。在进行第三次调节循环后，经热处理的基于椰壳的碳的放电容量为70.60mAh/gm(基于阳极碳重量计)(图2)。使该电池进行C-速率性能评价，其中，以1mA的恒定电流对电池充电并以不同速率对电池放电。图3示出了以体积计，经热处理(1000℃)的椰壳源的碳的C-速率性能。该电池示出了47.66Wh/l的最大能量密度。
实施例5
椰壳源的碳(用HCl洗涤并进行第二次1200℃处理)重复实施例4，不同之处在于将经过酸洗涤的碳在氮气下热处理到1200℃，热处理2小时。所形成的碳在1308.47cm-1处具有一个ID峰(无序化峰)，其强度为4675.030a.u.，在约1595.84cm-1处具有一个IG峰，其强度为3150.750a.u.(表1)。ID/IG的峰比率为1.48。使经热处理(1200℃)的碳进行如对比实施例1所述的元素分析；实测值：C：98.44％；H：0.13％；N：0.44％和O：0.75％。
所形成的碳用于铸造如实施例4所述的锂离子电容器的阳极电极，对于所述阳极注意以下细节：90重量％的椰壳源的碳、5重量％Timcal Super C-45导电碳和5重量％的作为粘合剂的KYNAR 761级PVDF(分子量：1,000,000)。使涂覆于铜箔上的浆液通过轧机以获得2.75密耳厚度。
将锂离子电容器构建到CR2032型电池中。阴极包括85％的上文提及的康宁碳、10％PTFE(DuPont 601A Teflon PTFE)和5％Cabot Black Pearl 2000。隔膜为NKK-4425隔膜。将3.5mg的上文提及的锂复合物粉末(LCP用于预先掺杂阳极)涂覆到由在1200℃下处理的椰壳源的碳制成的阳极上。
接着将电池在MTI硬币型电池压折器上压折，并在Arbin BT 2000中以恒定电流进行调节，以0.4mA电流充电/放电，从3.8V调节到2.2V。在进行第三次调节循环后，椰壳源的碳的放电容量为96.32mAh/gm(基于阳极碳重量计)(图2)。使该电池进行C-速率性能评价，其中，以1mA的恒定电流对电池充电并以不同速率对电池放电。图3示出了以体积计，经热处理(1200℃)的椰壳源的碳的C-速率性能。该电池示出了44.77Wh/l的最大能量密度。
实施例6
基于椰壳的碳(用HCl洗涤并进行第二次1400℃处理)重复实施例4，不同之处在于将经过酸洗涤的碳在氮气下热处理到1400℃，热处理2小时。所形成的碳在1310.26cm-1处具有一个ID峰(无序化峰)，其强度为6678.350a.u.，在约1604.15cm-1处具有一个IG峰，其强度为4126.940a.u.(表1)。ID/IG的峰比率为1.62。使经热处理(1400℃)的碳进行如对比实施例1所述的元素分析；实测值：C：99.66％；H：0.09％；N：0.16％和O：0.09％.还使该在1400℃下处理的椰壳源的碳进行BET分析以探测碳的表面积，该表面积为10.9606m2/gm。
所形成的碳用于铸造如实施例4所述的锂离子电容器的阳极电极，对于所述阳极注意以下细节：90重量％的椰壳碳、5重量％Timcal Super C-45导电碳和5重量％的作为粘合剂的KYNAR 761级PVDF(分子量：1,000,000)。使涂覆于铜箔上的浆液通过轧机以获得2.75密耳厚度。
将锂离子电容器构建到CR2032型电池中。阴极包括85％的上文提及的康宁碳、10％PTFE(DuPont 601A Teflon PTFE)和5％Cabot Black Pearl 2000。隔膜为NKK-4425隔膜。将3.5mg的上文提及的锂复合物粉末(LCP用于预先掺杂阳极)涂覆到由在1400℃下处理的椰壳源的碳制成的阳极上。
接着将电池在MTI硬币型电池压折器上压折，并在Arbin BT 2000中以恒定电流进行调节，以0.5mA电流充电/放电，从3.8V调节到2.2V。在进行第三次调节循环后，该电池的放电容量为88.64mAh/gm(基于阳极碳重量计)(图2)。使该电池进行C-速率性能评价，其中，以1mA的恒定电流对电池充电并以不同速率对电池放电。图3示出了基于体积计的经热处理(1400℃)的椰壳源的碳的C-速率性能。该电池示出了41.56Wh/l的最大能量密度。
实施例7
基于椰壳的碳(用HCl洗涤并进行第二次1600℃处理)重复实施例4，不同之处在于将经过酸洗涤的碳在氮气下热处理到1600℃，热处理2小时。所形成的碳在1306.63cm-1处具有一个ID峰(无序化峰)，其强度为7450.380a.u.，在约1601.58cm-1处具有一个IG峰，其强度为4139.710a.u.(表1)。ID/IG的峰比率为1.80。使经热处理(1500℃)的碳进行如对比实施例1所述的元素分析；实测值：C：99.66％；H：0.08％；N：0.08％和O：小于0.1％。还使该在1400℃下处理的椰壳源的碳进行BET分析以探测碳的表面积，该表面积为8.5450m2/gm。
所形成的碳用于铸造如实施例4所述的锂离子电容器的阳极电极，对于所述阳极注意以下细节：90重量％的经热处理(1600℃)的椰壳碳、5重量％Timcal Super C-45导电碳和5重量％的作为粘合剂的KYNAR 761级PVDF(分子量：1,000,000)。使涂覆于铜箔上的浆液通过轧机以获得2.75密耳厚度。
将锂离子电容器构建到CR2032型电池中。阴极包括85％的上文提及的康宁碳、10％PTFE(DuPont 601A Teflon PTFE)和5％Cabot Black Pearl 2000。隔膜为NKK-4425隔膜。将3.5mg的上文提及的锂复合物粉末(LCP用于预先掺杂阳极)涂覆到由在1600℃下处理的椰壳源的碳制成的阳极上。
接着将电池在MTI硬币型电池压折器上压折，并在Arbin BT 2000中以恒定电流进行调节，以0.5mA电流充电/放电，从3.8V调节到2.2V。在进行第三次调节循环后，该电池的放电容量为105.394mAh/gm(基于阳极碳重量计)(图2)。使该电池进行C-速率性能评价，其中，以1mA的恒定电流对电池充电并以不同速率对电池放电。图3示出了基于体积计的经热处理(1600℃)的基于椰壳的碳的C-速率性能。该电池示出了48.032Wh/l的最大能量密度。
实施例8
椰壳源的碳(不进行洗涤并且没有第二次1000℃处理)重复实施例4，不同之处在于不对碳进行酸洗，不进行第二次热处理，无拉曼分析，并且无元素分析。所形成的碳用于铸造如实施例4所述的锂离子电容器的阳极电极，对于所述阳极注意以下细节：90重量％的本实施例的椰壳源的碳、5重量％Timcal Super C-45导电碳和5重量％的作为粘合剂的KYNAR 761级PVDF(分子量：300,000至400,000)。使涂覆于铜箔上的浆液通过轧机以获得4密耳厚度。集电器不包括在该4密耳厚度内。
将锂离子电容器构建到CR2032型电池中。阴极包括85％的上文提及的康宁碳、10％PTFE(DuPont 601A Teflon PTFE)和5％Cabot Black Pearl 2000。隔膜为NKK-4425隔膜。将5mg的上文提及的锂复合物粉末(LCP用于预先掺杂阳极)涂覆到由椰壳源的碳(在1000℃下碳化)制成的阳极上。
接着将电池在MTI硬币型电池压折器上压折，并在Arbin BT 2000中以恒定电流进行调节，以0.4mA电流充电/放电，从3.8V调节到2.2V。在进行第三次调节循环后，该电池的放电容量为65.971mAh/gm(基于阳极碳重量计)(图4)。使该电池进行C-速率性能评价，其中，以1mA的恒定电流对电池充电并以不同速率对电池放电。图5示出了基于体积的椰壳源的碳的C-速率性能。该电池示出了40.35Wh/l的最大能量密度。
实施例9
基于椰壳的碳(不进行HCl洗涤并且没有第二次1000℃处理)重复实施例4，不同之处在于不对碳进行第二次热处理，无拉曼分析，并且无元素分析。所形成的碳用于铸造如实施例4所述的锂离子电容器的阳极电极，对于所述阳极注意以下细节：90重量％的本实施例的椰壳源的碳、5重量％Timcal Super C-45导电碳和5重量％的作为粘合剂的KYNAR 761级PVDF(分子量：300,000至400,000)。使涂覆于铜箔上的浆液通过轧机以获得4密耳厚度(集电器厚度不包括在该4密耳内)。
将锂离子电容器构建到CR2032型电池中。阴极包括85％的上文提及的康宁碳、10％PTFE(DuPont 601A Teflon PTFE)和5％Cabot Black Pearl 2000。隔膜为NKK-4425隔膜。将5mg的上文提及的锂复合物粉末(LCP用于预先掺杂阳极)涂覆到由椰壳源的碳(在1000℃下碳化并用HCl洗涤)制成的阳极上。
接着将电池在MTI硬币型电池压折器上压折，并在Arbin BT 2000中以恒定电流进行调节，以0.4mA电流充电/放电，从3.8V调节到2.2V。在进行第三次调节循环后，该电池的放电容量为50.31mAh/gm(基于阳极碳重量计)(图4)。使该电池进行C-速率性能评价，其中，以1mA的恒定电流对电池充电并以不同速率对电池放电。图5示出了基于体积的椰壳源的碳(1000℃)的C-速率性能。该电池示出了45.58Wh/l的最大能量密度。
实施例10
椰壳源的碳(用HCl处理原料椰子颗粒，随后在1000℃下碳化)重复实施例4，不同之处在于所述椰壳源的碳为用1N HCl水溶液处理并随后在1000℃下碳化的原料椰子颗粒。具体而言，用1H HCl洗涤椰壳颗粒，洗涤16小时，并且用蒸馏水清洗直到pH为5。然后在氮气下将所形成的经HCl处理的粉末碳化至1000℃，碳化2小时。
所形成的碳用于铸造如实施例4所述的锂离子电容器的阳极电极，对于所述阳极注意以下细节：90重量％的本实施例的椰壳源的碳、5重量％Timcal Super C-45导电碳和5重量％的作为粘合剂的KYNAR 761级PVDF(分子量：300,000至400,000)。使涂覆于铜箔上的浆液通过轧机以获得4密耳厚度(集电器厚度不包括在该4密耳内)。
将锂离子电容器构建到CR2032型电池中。阴极包括85％的上文提及的康宁碳、10％PTFE(DuPont 601A Teflon PTFE)和5％Cabot Black Pearl 2000。隔膜为NKK-4425隔膜。将5mg的上文提及的锂复合物粉末(LCP用于预先掺杂阳极)涂覆到由椰壳源的碳(即用HCl洗涤原料椰壳然后在1000℃下碳化)制成的阳极上。
接着将电池在MTI硬币型电池压折器上压折，并在Arbin BT 2000中以恒定电流进行调节，以0.4mA电流充电/放电，从3.8V调节到2.2V。在进行第三次调节循环后，该电池的放电容量为69.61mAh/gm(基于阳极碳重量计)(图4)。使该电池进行C-速率性能评价，其中，以1mA的恒定电流对电池充电并以不同速率对电池放电。图5示出了基于体积的本实施例的椰壳源的碳的C-速率性能。该电池示出了44.11Wh/l的最大能量密度。
本发明的碳材料的特征在于：拉曼分析ID/IG的峰强度比率为1.40至1.85；并且元素分析氢含量为0.01至0.25重量％；氮含量为0.01至0.55重量％；氧含量为0.01至2重量％。
已经参考各种具体实施方式和技术描述了本公开。但是，应当理解，可以在本公开的范围内做出许多变化和改进。
表1.无序化(ID)峰和石墨峰(IG)的拉曼强度(I)比较以及不同碳的峰比率(ID/IG)。
碳 I<sub>D</sub>(a.u) I<sub>G</sub>(a.u) I<sub>D</sub>/I<sub>G</sub>
对比实施例1(酚醛树脂660℃) 2339.745 1952.962 1.20
对比实施例2(Timcal石墨)- 3019.060 2000.583 1.51
对比实施例3(椰炭600℃) 2328.612 2002.222 1.16
实施例4(椰炭1000℃) 3445.148 1928.368 1.79
实施例5(椰炭1200℃) 4675.030 3150.750 1.48
实施例6(椰炭1400℃) 6678.350 4126.940 1.62
实施例7(椰炭1600℃) 7450.380 4139.710 1.80
表2.在不同碳中的碳、氢、氮和氧的相对重量百分比的比较。
实施例编号 碳％ 氢％ 氮％ 氧％
对比实施例1(酚醛树脂660℃) 95.27 1.76 0.1 2.11
对比实施例2(Timcal石墨)- 99.44 0.27 0.02 <0.1
对比实施例3(椰炭600℃) 94.10 2.12 0.15 2.88
实施例4(椰炭1000℃) 94.48 0.14 0.45 1.42
实施例5(椰炭1200℃) 98.44 0.13 0.44 0.75
实施例6(椰炭1400℃) 99.66 0.09 0.16 0.09
实施例7(椰炭1600℃) 99.66 0.08 0.08 <0.1

Claims (19)

1.一种锂离子电容器中的阳极，所述阳极包含：
一种碳组合物，所述碳组合物包含：椰壳源的碳，其占85重量％至95重量％；导电碳，其占1重量％至10重量％；和粘合剂，其占3重量％至8重量％；和
导电基材，
其中，通过拉曼分析，椰壳源的碳组合物的无序化峰与石墨峰强度比率为1.40至1.85；通过元素分析，氢含量为0.01重量％至0.25重量％；氮含量为0.03重量％至0.55重量％；氧含量为0.01重量％至2重量％，
其中，所述椰壳源的碳通过包含如下步骤的方法来形成：在1200℃至1600℃的温度下碳化椰壳粉。
2.如权利要求1所述的阳极，其中，所述碳化在惰性气氛中进行0.5小时至5小时，并且所述方法还包括：将所形成的碳研磨成粉末。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述方法还包括：
用水性酸洗涤所形成的粉末；以及
在1000℃至1700℃下加热经酸洗涤的粉末。
4.如权利要求1-3中任一项所述的阳极，其中：
所述椰壳源的碳占88重量％至92重量％；
所述导电碳占4重量％至7重量％；并且
所述粘合剂为PVDF，占4重量％至6重量％，并且分子量为300,000至1,000,000。
5.如权利要求1-3中任一项所述的阳极，其中，通过拉曼分析，椰壳源的碳组合物的无序化峰与石墨峰强度比率为1.48至1.8。
6.如权利要求1-3中任一项所述的阳极，其中，所述椰壳源的碳的氢含量为0.01重量％至0.24重量％；氮含量为0.04重量％至0.5重量％；氧含量为0.01重量％至1.9重量％。
7.如权利要求1-3中任一项所述的阳极，其中，所述椰壳源的碳具有1m2/g至100m2/g的低的表面积。
8.如权利要求1-3中任一项所述的阳极，其中，所述椰壳源的碳的粒度为1微米至30微米。
9.如权利要求1-3中任一项所述的阳极，其中，所述椰壳源的碳的粒度为2微米至7微米。
10.如权利要求1-3中任一项所述的阳极，其还包含涂覆在所述阳极的至少一部分上的锂复合物粉末。
11.一种锂离子电容器，其包含：
如权利要求1-3中任一项所述的阳极。
12.如权利要求11所述的锂离子电容器，其中，所述阳极在1C至4000 C的高充电-放电率下操作。
13.如权利要求11所述的锂离子电容器，其还包括：
电池，所述电池包含以下的堆叠体：
阳极，其在阳极的至少一部分上具有锂复合物粉末；
隔膜；和
阴极,其包含经热活化和KOH活化的小麦粉来源的碳、含氟聚合物和导电碳黑。
14.如权利要求11所述的锂离子电容器，其中，电池的放电容量为60至120mAh/gm，最大能量密度为20至60Wh/l。
15.一种制造碳组合物的方法，所述方法包含：
在惰性气氛中，在1000℃至1700℃下，第一次加热椰壳粉，加热0.5小时至5小时；
将所形成的碳研磨成粉末；
用水性酸洗涤所形成的粉末；以及
在1000℃至1700℃下第二次加热经酸洗涤的粉末。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述第一次加热和第二次加热在1000℃至1600℃下加热1至3小时完成。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述第一次加热和所述第二次加热中的至少一次在1100℃至1300℃下完成。
18.如权利要求15所述的方法，其中，所述第一次加热和第二次加热中的至少一次在1300℃至1500℃下完成。
19.如权利要求15所述的方法，其中，所述第一次加热和第二次加热中的至少一次在1500℃至1700℃下完成。
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