CN111681885A - 一种超级电容器的原料制备方法 - Google Patents

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李现化
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Abstract

本发明涉及一种超级电容器的原料制备方法，其特征在于，包括：S1、以无烟煤作为原材料进行预处理磨粉至200目以下；S2、通过重介质旋流器对煤粉进行分选，保留密度为1.1‑1.4g/ml的筛分物；S3、将所述筛分物进行磁选去除所述筛分物中的磁性元素；S4、对去除磁性元素之后的筛分物用酸进行化学除灰操作；S5、将经过步骤S4处理后的物质洗涤至中性，作为所述超级电容器的原料。按照本发明的方法制的超级电容器的原料灰分低、堆积密度适中，导电性能好。

Description

一种超级电容器的原料制备方法
技术领域
本发明属于活性炭材料制备技术领域，尤其涉及一种超级电容器的原料制备方法。
背景技术
超级电容器是一种新型储能器件，由于其具有功率密度高、循环寿命长、充放电时间短和使用温度范围宽等优势，作为电动汽车的一种较为理想的辅助或主动力源已经得到广泛的认可。
目前商业化应用最为广泛的是以活性炭电极材料为主的双电层电容器。现有超级电容器用活性炭原料一般选择椰壳木质类、石焦油类和树脂类原料，然而这些原料存在振实密度低的问题，往往低于0.32g/ml就会大大降低器件载碳量，进而降低超电容器器件比电容。同时，这些原料制备的超级电容活性炭，粉末电阻率低，电极器件需要加入一定量的导电剂，一方面导电剂的加入影响器件比容量，另一方面仍然存在内阻较高的问题；最后这些原料仍然存在成本高，原料来源少的问题。
相比于上述原料，煤炭也是制作活性炭的原料之一，并且具有原料来源广、成本低、固定碳含量高、堆积密度高和导电性能好等优点。然而煤炭存在灰分高的缺点，灰分高会影响超级电容循环寿命和稳定性。因此，如何获取低灰分的超级电容器的原料成为亟需解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超级电容器的原料制备方法，解决现有超级电容器的煤质原料灰分高的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种超级电容器的原料制备方法，包括：
S1、以无烟煤作为原材料进行预处理磨粉至200目以下；
S2、通过重介质旋流器对煤粉进行分选，保留密度为1.1-1.4g/ml的筛分物；
S3、将所述筛分物进行磁选去除所述筛分物中的磁性元素；
S4、对去除磁性元素之后的筛分物用酸进行化学除灰操作；
S5、将经过步骤S4处理后的物质洗涤至中性，作为所述超级电容器的原料。
根据本发明的一个方面，所述步骤S1中的无烟煤优选为灰分低于3％的无烟煤。
根据本发明的一个方面，对所述无烟煤磨粉处理优选为磨粉至300目以下。
根据本发明的一个方面，在所述步骤S2中，优选地，保留1.20-1.35g/ml的筛分物。
根据本发明的一个方面，在步骤S4中，用酸对筛分物进行化学除灰包括：
S41、用浓度为5％-15％的盐酸对筛分物进行搅拌浸泡6-72小时；
S42、在40-70℃条件下，用于氢氟酸对筛分物进行搅拌浸泡6-72小时；
S43、用浓度为1％-8％的盐酸对筛分物进行搅拌浸泡6-72小时。
根据本发明的一个方面，所述氢氟酸的浓度为5％-25％。
根据本发明的一个方面，所述磁性元素包括铁、钴和镍。
根据本发明的一个方案，因为无烟煤相比于其他煤种的导电性能更好、堆积密度更高的优势，在步骤S1中选择无烟煤作为原材料进行超级电容器原料的制备。优选地，选择无烟煤为灰分低于3％的无烟煤，如此方便后续步骤的处理。
根据本发明的一个方案，保留1.20-1.35g/ml的筛分物进入后续步骤。保留上述条件下的筛分物，能够确保保留的筛分物中原料灰分含量低，有利于降低材料中的灰分含量。
根据本发明的一个方案，用酸对筛分物进行化学除灰包括：S41、用浓度为5％-15％的盐酸对筛分物进行搅拌浸泡6-72小时；S42、在40-70℃条件下，用于浓度为5％-25％氢氟酸对筛分物进行搅拌浸泡6-72小时；S43、用浓度为1％-8％的盐酸对筛分物进行搅拌浸泡6-72小时。在上述条件下对筛分物进行处理，可以去除筛分物中的一氧化碳、氧化铁和硫化铁等灰分。
附图说明
图1是示意性表示根据本发明超级电容器的原料制备方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
如图1所示，本发明的超级电容的原料制备方法包括以下步骤：S1、以无烟煤作为原材料进行预处理磨粉至200目以下；S2、通过重介质旋流器对煤粉进行分选，保留密度为1.1-1.4g/ml的筛分物；S3、将所述筛分物进行磁选去除所述筛分物中的磁性元素；S4、对去除磁性元素之后的筛分物用酸进行化学除灰操作；S5、将经过步骤S4处理后的物质洗涤至中性，作为所述超级电容器的原料。
具体来说，因为无烟煤相比于其他煤种的导电性能更好、堆积密度更高的优势，在步骤S1中选择无烟煤作为原材料进行超级电容器原料的制备。优选地，选择无烟煤为灰分低于3％的无烟煤，如此方便后续步骤的处理。
选择好无烟煤之后，需要对无烟煤进行研磨处理，使其成为煤粉。而磨粉至200目以下可以保证灰分充分暴露在煤粉颗粒表面，使得后续对于灰分的去除更为容易，去除效果更好。无烟煤磨粉处理优选为磨粉至300目以下。
之后进入步骤S2，通过重介质旋流器对研磨好的煤粉进行分选，保留1.1-1.4g/ml的筛分物进入后续步骤，优选地，保留1.20-1.35g/ml的筛分物进入后续步骤。保留上述条件下的筛分物，能够确保保留的筛分物中原料灰分含量低，有利于降低材料中的灰分含量。
之后在步骤S3中通过磁选方式将筛分物中的磁性元素去除，磁性元素包括铁、钴、镍等。如此可以降低制备超级电容器时降低磁性元素含量，有利于提升电化学性能。
之后在步骤S4中，用酸对筛分物进行化学除灰，包括：S41、用浓度为5％-15％的盐酸对筛分物进行搅拌浸泡6-72小时；S42、在40-70℃条件下，用于浓度为5％-25％氢氟酸对筛分物进行搅拌浸泡6-72小时；S43、用浓度为1％-8％的盐酸对筛分物进行搅拌浸泡6-72小时。
在上述条件下对筛分物进行处理，可以去除筛分物中的氧化铁和硫化铁等灰分。
最后将经过上述步骤处理后的物料洗涤至中性，即可作为本发明超级电容器的原料，可以用此原料制作超级电容器。本发明的超级电容器的原料灰分低、堆积密度适中，导电性能好。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超级电容器的原料制备方法，其特征在于，包括：
S1、以无烟煤作为原材料进行预处理磨粉至200目以下；
S2、通过重介质旋流器对煤粉进行分选，保留密度为1.1-1.4g/ml的筛分物；
S3、将所述筛分物进行磁选去除所述筛分物中的磁性元素；
S4、对去除磁性元素之后的筛分物用酸进行化学除灰操作；
S5、将经过步骤S4处理后的物质洗涤至中性，作为所述超级电容器的原料。
2.根据权利要求1所述的超级电容器的原料制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的无烟煤优选为灰分低于3％的无烟煤。
3.根据权利要求1或2所述的超级电容器的原料制备方法，其特征在于，对所述无烟煤磨粉处理优选为磨粉至300目以下。
4.根据权利要求1所述的超级电容的原料制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，优选地，保留1.20-1.35g/ml的筛分物。
5.根据权利要求1所述的超级电容的原料制备方法，其特征在于，在步骤S4中，用酸对筛分物进行化学除灰包括：
S41、用浓度为5％-15％的盐酸对筛分物进行搅拌浸泡6-72小时；
S42、在40-70℃条件下，用于氢氟酸对筛分物进行搅拌浸泡6-72小时；
S43、用浓度为1％-8％的盐酸对筛分物进行搅拌浸泡6-72小时。
6.根据权利要求5所述的超级电容的原料制备方法，其特征在于，所述氢氟酸的浓度为5％-25％。
7.根据权利要求1所述的超级电容的原料制备方法，其特征在于，所述磁性元素包括铁、钴和镍。
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