CN110203928B - 炭气凝胶制备方法、电极片及其制备方法以及超级电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种炭气凝胶制备方法、电极片及其制备方法以及超级电容器，涉及电极材料技术领域。本发明包括以下步骤：将间苯二酚和甲醛溶于分散剂中，加入环六次甲基四胺，形成混合溶液；静置所述混合溶液以形成凝胶，经溶剂置换得有机湿凝胶；将所述有机湿凝胶干燥处理形成有机气凝胶；将所述有机气凝胶炭化处理后，置于二氧化碳气氛中活化处理，得炭气凝胶。本发明旨在解决现有方法制得的炭气凝胶性能不稳定的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电极材料技术领域，特别涉及一种炭气凝胶制备方法、电极片及其制备方法以及超级电容器。
背景技术
超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，其容量可达几百至上千法。与传统电容器相比，它具有较大的容量、比能量或能力密度，较宽的工作温度范围和极长的使用寿命；而与蓄电池相比，它又具有较高的比功率，且对环境无污染。
电极材料是决定超级电容器电容大小的关键因素。炭气凝胶是一种富含中孔纳米结构的炭质多孔材料，具有良好的导电性、耐腐蚀性以及密度小等优点，是一种绝佳的电极材料。
目前已有多种制备炭气凝胶的方法，但这些方法制得的炭气凝胶大多具有性能不稳定的缺陷。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种炭气凝胶制备方法、电极片及其制备方法以及超级电容器，旨在解决现有方法制得的炭气凝胶性能不稳定的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种炭气凝胶的制备方法，所述炭气凝胶的制备方法包括以下步骤：
将间苯二酚和甲醛溶于分散剂中，加入环六次甲基四胺，形成混合溶液；
静置所述混合溶液以形成凝胶，经溶剂置换得有机湿凝胶；
将所述有机湿凝胶干燥处理形成有机气凝胶；
将所述有机气凝胶炭化处理后，置于二氧化碳气氛中活化处理，得炭气凝胶。
可选地，所述将间苯二酚和甲醛溶于分散剂中，加入环六次甲基四胺，形成混合溶液的步骤中，
所述分散剂为乙醇溶液，所述乙醇溶液的体积分数为85(v/v)％～90(v/v)％；和/或，
所述分散剂为乙醇溶液，且所述乙醇溶液中饭含有的乙醇与间苯二酚的摩尔比为1：(1～3)；和/或，
所述间苯二酚与所述环六次甲基四胺的质量比为(18～20)：1；和/或，
所述间苯二酚与所述甲醛的摩尔比为(2～5)：1。
可选地，所述静置所述混合溶液以形成凝胶，经溶剂置换得有机湿凝胶的步骤包括：
将所述混合溶液于20～30℃温度下静置20～24h后，转移至70～85℃温度下静置5～7天，形成凝胶；
将所述凝胶浸泡于丙酮中4～6天，期间每隔20～28h更换一次丙酮，得有机湿凝胶。
可选地，所述将所述有机湿凝胶干燥处理形成有机气凝胶的步骤包括：
将所述有机湿凝胶置于干燥箱中，以1.2～1.6℃/min的升温速率从20～30℃升温至70～80℃后，恒温干燥6～8h，然后以1.8～2℃/min的升温速率继续升温至120～140℃并保温6～8h，得有机气凝胶。
可选地，所述将所述有机气凝胶炭化处理后，置于二氧化碳气氛中活化处理，得炭气凝胶的步骤包括：
在惰性气体保护下，将所述有机气凝胶升温至900～1100℃炭化处理4～6h；
在二氧化碳保护下，将炭化处理后的所述有机气凝胶升温至1000～1200℃活化处理1～2h，冷却后形成炭气凝胶。
可选地，所述在惰性气体保护下，将所述有机气凝胶升温至900～1100℃炭化处理4～6h的步骤中，
通入所述惰性气体的流速为80～100mL/min；和/或，
所述炭化处理的升温速率为2～3℃/min。
可选地，所述在二氧化碳保护下，将炭化处理后的所述有机气凝胶升温至1000～1200℃活化处理1～2h，冷却后形成炭气凝胶的步骤中，升温速率为5～8℃/min。
此外，本发明还提出了一种电极片，所述电极片包括如下重量份数的原料：如上所述的炭气凝胶制备方法制得的炭气凝胶18～22份以及质量分数为50％～70％的聚四氟乙烯溶液1～1.2份。
基于此，本发明还提出了一种电极片的制备方法，用于制备上述电极片，所述电极片的制备方法包括如下步骤：
将如上所述的炭气凝胶制备方法制得的炭气凝胶粉碎处理后，过100～200目筛，得炭气凝胶粉；
将所述炭气凝胶粉、聚四氟乙烯溶液以及无水乙醇混合并搅拌均匀，得混合物；
将所述混合物于60～80℃下烘烤至所述混合物呈糊状；
将糊状的所述混合物压制成片后，于110～120℃下干燥处理，得电极薄片；
于8～10MPa下，将所述电极薄片压在泡沫镍集流体上，得电极片。
此外，本发明还提出了一种超级电容器，所述超级电容器包括如上所述的电极片。
本发明技术方案中，通过采用间苯二酚-甲醛体系、溶胶-凝胶法以及炭化活化处理的方法制备炭气凝胶，形成的炭气凝胶具有较强的网络强度，压实后具有较大的密度和比电容。同时，使用二氧化碳气氛活化处理，避免了破坏凝胶的网络结构，提高了炭气凝胶的稳定性。此外，相较现有方法，本发明方法具有成本低廉、反应稳定的优点，且在反应过程中可以通过搅拌等多种方式控制成品凝胶的孔径和孔隙率，进而提升其导电性能稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提出的炭气凝胶的制备方法的一实施例的流程示意图；
图2为本发明提出的电极片的制备方法的一实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
电极材料是决定超级电容器电容大小的关键因素。炭气凝胶是一种富含中孔纳米结构的炭质多孔材料，具有良好的导电性、耐腐蚀性以及密度小等优点，是一种绝佳的电极材料。目前已有多种制备炭气凝胶的方法，但这些方法制得的炭气凝胶大多具有性能不稳定的缺陷。
鉴于此，本发明提出炭气凝胶的制备方法，结合图1所示的炭气凝胶的制备方法的一实施例的流程示意图，所述纤维素基碳纳米纤维的制备方法包括以下步骤：
步骤S10、将间苯二酚和甲醛溶于分散剂中，加入环六次甲基四胺，形成混合溶液。
本实施例中，采用间苯二酚-甲醛体系，并添加环六次甲基四胺作为催化剂，一方面加速聚合反应进行，使形成水凝胶，另一方面也进一步加强了凝胶的网络强度。具体实施时，该步骤包括：
将间苯二酚和甲醛加入到分散剂中，搅拌并超声使其分散均匀，然后加入环六次甲基四胺，用醋酸或者氢氧化钠的乙醇溶液调节pH至3～10，形成混合溶液。
其中，分散剂为乙醇溶液，即乙醇与水的混合溶液，该乙醇溶液的体积分数为85(v/v)％～90(v/v)％，如此可以提高产物与分散剂的相容性，从而调控凝胶结构。乙醇与间苯二酚的摩尔比为1：(1～3)；间苯二酚与甲醛的摩尔比为(2～5)：1；间苯二酚与环六次甲基四胺的质量比为(18～20)：1。
步骤S20、静置所述混合溶液以形成凝胶，经溶剂置换得有机湿凝胶。
为进一步提高凝胶网络强度并减少凝胶中的水含量，本实施例中，将步骤S10制得的混合溶液静置足够长的时间以使其完成陈化过程，逐步形成凝胶，并用有机溶剂洗涤凝胶以完成溶剂置换。其中，有机溶剂可以为丙酮、醇、四氢呋喃等。
具体实施时，步骤S20可以通过如下方式实现：
步骤S21、将所述混合溶液于20～30℃温度下静置20～24h后，转移至70～85℃温度下静置5～7天，形成凝胶；
步骤S22、将所述凝胶浸泡于丙酮中4～6天，期间每隔20～28h更换一次丙酮，得有机湿凝胶。
其中，1天为24h，5～7天也可以理解为120～168h，即在70～85℃温度下静置的时间可以为120～168h间的任一时间，例如120h、130h、151h、162h、168h等。同样地，4～6天也可以理解为96～144h。
步骤S30、将所述有机湿凝胶干燥处理形成有机气凝胶。
本实施例中，有机湿凝胶需要干燥处理后方可形成气凝胶，其干燥方式可以是常温常压下自然干燥、超临界流体干燥、冷冻干燥或者通过鼓风干燥箱烘干等。
由于干燥过程中凝胶极易开裂变形，因此需要对干燥条件和方法严格控制。本发明提出的炭气凝胶制备方法的另一实施例中，采用分段式干燥和程序升温结合的方式进行干燥。具体地，步骤S30可以包括如下步骤：
将所述有机湿凝胶置于干燥箱中，先以1.2～1.6℃/min的升温速率从20～30℃升温至70～80℃后，在该温度下恒温干燥6～8h，然后以1.8～2℃/min的升温速率继续升温至120～140℃并在该温度下保温6～8h，得有机气凝胶。
步骤S40、将所述有机气凝胶炭化处理后，置于二氧化碳气氛中活化处理，得炭气凝胶。
在实施步骤S40时，可以包括如下步骤：
步骤S41、在惰性气体保护下，将所述有机气凝胶升温至900～1100℃炭化处理4～6h。
具体地，将有机气凝胶置于管式炉中，向管式炉内以80～100mL/min的速度通入惰性气体，待炉中被惰性气体充满后，以2～3℃/min的升温速率升温至900～1100℃，然后保持该温度4～6h，待自然降温至室温后，即完成炭化处理过程。其中，惰性气体可以是氮气、氦气等。
步骤S42、在二氧化碳保护下，将炭化处理后的所述有机气凝胶升温至1000～1200℃活化处理1～2h，冷却后形成炭气凝胶。
本实施例中，在二氧化碳的保护下，对炭化后的有机气凝胶高温活化处理，进一步增加了凝胶的孔隙率，调整了其孔径分布以及导电性能，而且，也不会对凝胶的网络结构造成破坏，得到的炭气凝胶具有较好的稳定性。具体地，活化处理时的升温速率为5～8℃/min。
本发明提出的炭气凝胶制备的炭气凝胶具有中孔丰富且相互贯通、比表面积高、孔隙率高、物理化学性能稳定、热导率低、导电性能好的优点，是制备电极片以及超级电容器的理想材料。
基于此，本发明还提出了一种电极片，所述电极片包括如下重量份数的原料：如上所述的炭气凝胶制备方法制得的炭气凝胶18～22份以及质量分数为50％～70％的聚四氟乙烯溶液1～1.2份。
聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，简写为PTFE)，是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力，是理想的构成复合电极的材料。聚四氟乙烯与炭气凝胶按一定的比例混合可以制成稳定性好、电导率高的电极片。
此外，本发明还提出了一种电极片的制备方法，用于制备上述电极片，图2为本发明提出的电极片制备方法的一实施例。请参阅图2，所述电极片的制备方法包括如下步骤：
步骤S100、将如上所述的炭气凝胶制备方法制得的炭气凝胶粉碎处理后，过100～200目筛，得炭气凝胶粉；
步骤S200、将所述炭气凝胶粉、聚四氟乙烯溶液以及无水乙醇混合并搅拌均匀，得混合物；
步骤S300、将所述混合物于60～80℃下烘烤至所述混合物呈糊状；
步骤S400、将糊状的所述混合物压制成片后，于110～120℃下干燥处理，得电极薄片；
步骤S500、于8～10MPa下，将所述电极薄片压在泡沫镍集流体上，得电极片。
应当理解，上述电极片可以是正电极片，也可以是负电极片。
除此之外，本发明还提出了一种超级电容器，所述超级电容器包括如上所述的电极片。
本实施例中，超级电容器包括壳体、设置在壳体上的正极电极柱以及负极电极柱。壳体内装有电解液。其中，正极电极柱的下端贯穿壳体并与设置在壳体内侧的正极电极片连接；负极电极柱的下端贯穿壳体并与设置在壳体内侧的负极电极片连接。正极电极片与负极电极片相对设置且设置在电解液中。其中，正极电极片和负极电极片均为上述的由炭气凝胶和聚四氟乙烯溶液制成的电极片，由于本发明提出的炭气凝胶比表面积大，性能稳定，使用该炭气凝胶制成的电极片可有效提高超级电容器的比电容。
进一步地，正极电极片和负极电极片之间设置隔膜以将壳体的内腔分隔成正极腔和负极腔，从而避免正、负电极接触而造成短路。更进一步地，为加强密封效果，正极电极柱与正极电极片的连接处以及负极电极柱与负极电极片的连接处设有密封圈。
具体地，壳体优选铝箔，本实施例中，其厚度为0.2mm；密封圈的材质优选聚四氟乙烯或三元乙丙橡胶，本实施例中，其厚度为2mm。隔膜可以为任意绝缘性材质，本实施例中，隔膜选用纤维素纸隔膜，如此，一方面由于纤维素对电子有优良的绝缘作用，其制得的隔膜可以有效防止两电极间接触而造成短路；另一方面纸隔膜孔隙率较高，纤维素分子包含数量较多的吸水性羟基官能团，使纤维素纸具有良好的吸液保液效果，能够使电解质阴阳离子在充电、放电过程中实现快速交换。
此外，本实施例中，电解液优选导电盐溶于有机溶剂形成的混合溶液，如此，可以提高能量密度。其中，导电盐为四氟硼酸四乙基铵盐和四氟硼酸三乙基甲基铵盐中的一种或两种；有机溶剂包括聚碳酸酯。
本发明提出的超级电容器可以通过外加电源或负载完成充电、放电，具有性能优良、运行稳定的优点。
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
取18mol间苯二酚和4mol甲醛，加入到85％乙醇溶液(含6mol乙醇)中，搅拌并超声使其分散均匀，然后加入1mol环六次甲基四胺，调节pH至9，形成混合溶液。将混合溶液于25℃温度下静置24h后，转移至80℃温度下静置6天，形成凝胶；将凝胶浸泡于丙酮中6天，期间每隔24h更换一次丙酮，得有机湿凝胶。将有机湿凝胶置于干燥箱中，先以1.5℃/min的升温速率从25℃升温至80℃后，在该温度下恒温干燥8h，然后以2℃/min的升温速率继续升温至140℃并在该温度下保温8h，得有机气凝胶。将有机气凝胶置于管式炉中，向管式炉内以80mL/min的速度通入氮气，待炉中被氮气充满后，以2.5℃/min的升温速率升温至1100℃，然后保持该温度6h，待自然降温至室温后，通入二氧化碳。在二氧化碳保护下，将炭化处理后的有机气凝胶以6℃/min的升温速率升温至1000℃活化处理1.2h，冷却后形成炭气凝胶。经检测，该炭气凝胶的孔隙率为99％，比表面积为1150m2/g。
将炭气凝胶粉碎处理后，过200目筛，得炭气凝胶粉；用无水乙醇做润湿剂，将炭气凝胶和60％聚四氟乙烯乳液按质量比18:1混合并搅拌均匀，得混合物；将所述混合物于60℃下烘烤至所述混合物呈糊状，然后压制成片，再于110℃下干燥处理，得电极薄片；将于9MPa下，将所述电极薄片压在泡沫镍集流体上，得电极片，其厚度为0.25mm。
选择四氟硼酸四乙基铵盐和四氟硼酸三乙基甲基铵盐溶于聚碳酸酯形成的混合溶液作为电解液，并将该电解液与聚四氟乙烯材质的密封圈、纤维素纸隔膜以及上述电极片组装制成超级电容器。
将上述超级电容器静置12h后，在-100℃，1.5A/g的电流密度下进行充放电测试，计算得知其质量比电容大于150F/g，体积比电容大于80F/cm3。
实施例2
取21mol间苯二酚和6mol甲醛，加入到90％乙醇溶液(含10.5mol乙醇)中，搅拌并超声使其分散均匀，然后加入1.1mol环六次甲基四胺，调节pH至7，形成混合溶液。将混合溶液于27℃温度下静置22h后，转移至75℃温度下静置6天，形成凝胶；将凝胶浸泡于丙酮中5天，期间每隔24h更换一次丙酮，得有机湿凝胶。将有机湿凝胶置于干燥箱中，先以1.5℃/min的升温速率从23℃升温至75℃后，在该温度下恒温干燥7h，然后以2℃/min的升温速率继续升温至130℃并在该温度下保温7h，得有机气凝胶。将有机气凝胶置于管式炉中，向管式炉内以80mL/min的速度通入氮气，待炉中被氮气充满后，以2.5℃/min的升温速率升温至1000℃，然后保持该温度5h，待自然降温至室温后，通入二氧化碳。在二氧化碳保护下，将炭化处理后的有机气凝胶以6℃/min的升温速率升温至1100℃活化处理1h，冷却后形成炭气凝胶。经检测，该炭气凝胶的孔隙率为97％，比表面积为1203m2/g。
将炭气凝胶粉碎处理后，过100目筛，得炭气凝胶粉；用无水乙醇做润湿剂，将炭气凝胶和60％聚四氟乙烯乳液按质量比20:1混合并搅拌均匀，得混合物；将所述混合物于80℃下烘烤至所述混合物呈糊状，然后压制成片，再于115℃下干燥处理，得电极薄片；将于8MPa下，将所述电极薄片压在泡沫镍集流体上，得电极片，其厚度为0.30mm。
选择四氟硼酸四乙基铵盐和四氟硼酸三乙基甲基铵盐溶于聚碳酸酯形成的混合溶液作为电解液，并将该电解液与聚四氟乙烯材质的密封圈、纤维素纸隔膜以及上述电极片组装制成超级电容器。
实施例3
取20mol间苯二酚和8mol甲醛，加入到88％乙醇溶液(含20mol乙醇)中，搅拌并超声使其分散均匀，然后加入1mol环六次甲基四胺，调节pH至5，形成混合溶液。将混合溶液于24℃温度下静置20h后，转移至70℃温度下静置5天，形成凝胶；将凝胶浸泡于丙酮中4天，期间每隔24h更换一次丙酮，得有机湿凝胶。将有机湿凝胶置于干燥箱中，先以1.5℃/min的升温速率从27℃升温至70℃后，在该温度下恒温干燥6h，然后以2℃/min的升温速率继续升温至120℃并在该温度下保温6h，得有机气凝胶。将有机气凝胶置于管式炉中，向管式炉内以80mL/min的速度通入氮气，待炉中被氮气充满后，以2.5℃/min的升温速率升温至900℃，然后保持该温度4h，待自然降温至室温后，通入二氧化碳。在二氧化碳保护下，将炭化处理后的有机气凝胶以6℃/min的升温速率升温至1200℃活化处理1h，冷却后形成炭气凝胶。经检测，该炭气凝胶的孔隙率为92％，比表面积为1080m2/g。
将炭气凝胶粉碎处理后，过200目筛，得炭气凝胶粉；用无水乙醇做润湿剂，将炭气凝胶和50％聚四氟乙烯乳液按质量比22:1.1混合并搅拌均匀，得混合物；将所述混合物于70℃下烘烤至所述混合物呈糊状，然后压制成片，再于120℃下干燥处理，得电极薄片；将于10MPa下，将所述电极薄片压在泡沫镍集流体上，得电极片，其厚度为0.20mm。
选择四氟硼酸四乙基铵盐溶于聚碳酸酯形成的混合溶液作为电解液，并将该电解液与三元乙丙橡胶制成的密封圈、纤维素纸隔膜以及上述电极片组装制成超级电容器。
实施例4
取20mol间苯二酚和10mol甲醛，加入到89％乙醇溶液(含10mol乙醇)中，搅拌并超声使其分散均匀，然后加入1.05mol环六次甲基四胺，调节pH至3，形成混合溶液。将混合溶液于20℃温度下静置21h后，转移至85℃温度下静置7天，形成凝胶；将凝胶浸泡于丙酮中5天，期间每隔20h更换一次丙酮，得有机湿凝胶。将有机湿凝胶置于干燥箱中，先以1.2℃/min的升温速率从20℃升温至73℃后，在该温度下恒温干燥7h，然后以1.8℃/min的升温速率继续升温至130℃并在该温度下保温6h，得有机气凝胶。将有机气凝胶置于管式炉中，向管式炉内以90mL/min的速度通入氮气，待炉中被氮气充满后，以3℃/min的升温速率升温至950℃，然后保持该温度5h，待自然降温至室温后，通入二氧化碳。在二氧化碳保护下，将炭化处理后的有机气凝胶以5℃/min的升温速率升温至1100℃活化处理2h，冷却后形成炭气凝胶。经检测，该炭气凝胶的孔隙率为99％，比表面积为1180m2/g。
将炭气凝胶粉碎处理后，过100目筛，得炭气凝胶粉；用无水乙醇做润湿剂，将炭气凝胶和70％聚四氟乙烯乳液按质量比21:1混合并搅拌均匀，得混合物；将所述混合物于65℃下烘烤至所述混合物呈糊状，然后压制成片，再于118℃下干燥处理，得电极薄片；将于8MPa下，将所述电极薄片压在泡沫镍集流体上，得电极片，其厚度为0.22mm。
选择四氟硼酸四乙基铵盐和四氟硼酸三乙基甲基铵盐溶于聚碳酸酯形成的混合溶液作为电解液，并将该电解液与聚四氟乙烯材质的密封圈、纤维素纸隔膜以及上述电极片组装制成超级电容器。
实施例5
取10mol间苯二酚和2mol甲醛，加入到85％乙醇溶液(含5mol乙醇)中，搅拌并超声使其分散均匀，然后加入0.5mol环六次甲基四胺，调节pH至10，形成混合溶液。将混合溶液于30℃温度下静置23h后，转移至73℃温度下静置5天，形成凝胶；将凝胶浸泡于丙酮中4天，期间每隔28h更换一次丙酮，得有机湿凝胶。将有机湿凝胶置于干燥箱中，先以1.6℃/min的升温速率从30℃升温至78℃后，在该温度下恒温干燥6h，然后以1.9℃/min的升温速率继续升温至130℃并在该温度下保温7h，得有机气凝胶。将有机气凝胶置于管式炉中，向管式炉内以100mL/min的速度通入氮气，待炉中被氮气充满后，以2℃/min的升温速率升温至1080℃，然后保持该温度5h，待自然降温至室温后，通入二氧化碳。在二氧化碳保护下，将炭化处理后的有机气凝胶以8℃/min的升温速率升温至1000℃活化处理1.5h，冷却后形成炭气凝胶。经检测，该炭气凝胶的孔隙率为98％，比表面积为1210m2/g。
将炭气凝胶粉碎处理后，过160目筛，得炭气凝胶粉；用无水乙醇做润湿剂，将炭气凝胶和65％聚四氟乙烯乳液按质量比20:1.2混合并搅拌均匀，得混合物；将所述混合物于75℃下烘烤至所述混合物呈糊状，然后压制成片，再于110℃下干燥处理，得电极薄片；将于9MPa下，将所述电极薄片压在泡沫镍集流体上，得电极片，其厚度为0.26mm。
选择四氟硼酸三乙基甲基铵盐溶于聚碳酸酯形成的混合溶液作为电解液，并将该电解液与聚四氟乙烯材质的密封圈、纤维素纸隔膜以及上述电极片组装制成超级电容器。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种炭气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将间苯二酚和甲醛溶于分散剂中，加入环六次甲基四胺，形成混合溶液；
静置所述混合溶液以形成凝胶，经溶剂置换得有机湿凝胶；
将所述有机湿凝胶干燥处理形成有机气凝胶；
将所述有机气凝胶炭化处理后，置于二氧化碳气氛中活化处理，得炭气凝胶；
其中，所述分散剂为乙醇溶液；
所述将所述有机湿凝胶干燥处理形成有机气凝胶的步骤包括：
将所述有机湿凝胶置于干燥箱中，先以1.5℃/min的升温速率从25℃升温至80℃后，在该温度下恒温干燥8h，然后以2℃/min的升温速率继续升温至140℃并在该温度下保温8h，得有机气凝胶；或者，
将所述有机湿凝胶置于干燥箱中，先以1.2℃/min的升温速率从20℃升温至73℃后，在该温度下恒温干燥7h，然后以1.8℃/min的升温速率继续升温至130℃并在该温度下保温6h，得有机气凝胶。
2.如权利要求1所述的炭气凝胶的制备方法，其特征在于，所述将间苯二酚和甲醛溶于分散剂中，加入环六次甲基四胺，形成混合溶液的步骤中，
所述乙醇溶液的体积分数为85(v/v)％～90(v/v)％；和/或，
所述乙醇溶液中含有的乙醇与间苯二酚的摩尔比为1：(1～3)；和/或，
所述间苯二酚与所述环六次甲基四胺的质量比为(18～20)：1；和/或，
所述间苯二酚与所述甲醛的摩尔比为(2～5)：1。
3.如权利要求1所述的炭气凝胶的制备方法，其特征在于，所述静置所述混合溶液以形成凝胶，经溶剂置换得有机湿凝胶的步骤包括：
将所述混合溶液于20～30℃温度下静置20～24h后，转移至70～85℃温度下静置5～7天，形成凝胶；
将所述凝胶浸泡于丙酮中4～6天，期间每隔20～28h更换一次丙酮，得有机湿凝胶。
4.如权利要求1所述的炭气凝胶的制备方法，其特征在于，所述将所述有机气凝胶炭化处理后，置于二氧化碳气氛中活化处理，得炭气凝胶的步骤包括：
在惰性气体保护下，将所述有机气凝胶升温至900～1100℃炭化处理4～6h；
在二氧化碳保护下，将炭化处理后的所述有机气凝胶升温至1000～1200℃活化处理1～2h，冷却后形成炭气凝胶。
5.如权利要求4所述的炭气凝胶的制备方法，其特征在于，所述在惰性气体保护下，将所述有机气凝胶升温至900～1100℃炭化处理4～6h的步骤中，
通入所述惰性气体的流速为80～100mL/min；和/或，
所述炭化处理的升温速率为2～3℃/min。
6.如权利要求4所述的炭气凝胶的制备方法，其特征在于，所述在二氧化碳保护下，将炭化处理后的所述有机气凝胶升温至1000～1200℃活化处理1～2h，冷却后形成炭气凝胶的步骤中，升温速率为5～8℃/min。
7.一种电极片，其特征在于，包括如下重量份数的原料：如权利要求1至6任一项所述的炭气凝胶制备方法制得的炭气凝胶18～22份以及质量分数为50％～70％的聚四氟乙烯溶液1～1.2份。
8.一种如权利要求7所述的电极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将如权利要求1至6任一项所述的炭气凝胶制备方法制得的炭气凝胶粉碎处理后，过100～200目筛，得炭气凝胶粉；
将所述炭气凝胶粉、聚四氟乙烯溶液以及无水乙醇混合并搅拌均匀，得混合物；
将所述混合物于60～80℃下烘烤至所述混合物呈糊状；
将糊状的所述混合物压制成片后，于110～120℃下干燥处理，得电极薄片；
于8～10MPa下，将所述电极薄片压在泡沫镍集流体上，得电极片。
9.一种超级电容器，其特征在于，包括如权利要求7所述的电极片。
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