CN113603078A - 一种多孔碳、其制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多孔碳的制备方法，包括以下步骤：将煤焦油沥青、碳酸钾和氮源混合、煅烧，得到多孔碳；或，将煤焦油沥青和碳酸钾混合、煅烧，得到多孔碳。本申请还提供了一种多孔碳及其应用。本发明制备的多孔碳材料呈现分级多孔碳结构，较大的比表面积以及适宜的孔径分布，为离子吸附提供了位点，使得超级电容器展现出较高的电化学性能和循环稳定性。

Description

一种多孔碳、其制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，尤其涉及一种多孔碳、其制备方法及其应用。

背景技术

随着储能领域的进一步发展，对于能够同时满足较高的能量密度和功率密度的下一代新型储能器件的需求随之增加。鉴于此，一种新型的电化学储能器件-超级电容器应运而生。超级电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型元器件。当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力及原子间力的作用，使固液界面出现稳定和符号相反的双层电荷，称其为界面双层。把双电层超级电容看成是悬在电解质中的2个非活性多孔板，电压加载到2个板上；加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。双电层电容器根据电极材料的不同，可以分为碳电极双层超级电容器、金属氧化物电极超级电容器和有机聚合物电极超级电容器；其具有如下优点：功率密度高、循环寿命长、工作温限宽、免维护以及绿色环保。一般而言，电化学储能器件的能量密度主要由电极材料的储能表现决定。因此，开发廉价易得，操作简便，成本较低的高性能电极材料是构筑高性能超级电容器的有效措施和未来发展趋势。

截止目前，常用的多孔碳基材料的制备方法常常包括硬模板法、活化法、软模板法等。直接活化法一般采用KOH、NaOH、H₃PO₄等活化剂来高温刻蚀前驱体，对设备的抗腐蚀性要求较高，同时产品的收率也比较低，产品的孔道单一，一般以微孔和介孔为主；软模板法对于碳前驱体的要求较高，一般要求碳前驱体与表面活性剂或嵌段共聚物能够自组装，尽管不需要外加酸性试剂去除模板，但是较高的生产成本，复杂的制备流程以及对前驱体的高要求限制了其进一步推广应用。

公开号为CN111285372A的中国专利公开了一种超级电容器用活性炭的改性方法，具体实施步骤如下：(1)将活性炭进行破碎、筛分、制成浆料；(2)将经步骤1得到的活性炭与掺杂溶液混合均匀得到活性炭浆料；(3)将经步骤2得到的活性炭浆料均匀的涂覆在玻璃片上再烘干；(4)将经步骤3涂有活性炭浆料的玻璃片放入低温等离子系统中，在一定气体气氛下，一定真空度下进行等离子体处理；(5)将步骤4得到的改性活性炭清洗、破碎、筛分，得到改性活性炭成品。

公开号为CN108039288A的中国专利公开了一种用于超级电容器的碳基复合材料的制备方法，其将氧化石墨烯(GO)与聚甲基丙烯酸甲酯/聚丙烯腈(PMMA/PAN)核壳结构混合均匀，抽滤后通过高温碳化，去除PMMA并还原得到rGO/PAN，最后经过KOH活化得到多孔rGO/PAN复合材料。

公开号为CN106587055A的中国专利公开了一种生物质基多孔碳材料及制法与在超级电容器中的应用，其具体步骤包括：(1)将稻杆进行干燥、粉碎；(2)将粉碎后的稻杆在不碳化或者预碳化后，与活化剂水溶液混合均匀、干燥；或者将粉碎后的稻杆在不碳化或者预碳化后，直接与固体活化剂混合均匀，得到混合后的产物；(3)将混合后的产物置于管式炉中，在惰性气体氛围中，高温碳化活化；(4)将碳化后的产物采用酸溶液和碱溶液进行洗涤，再用去离子水洗涤至中性，将洗涤后的产物干燥，得到生物质基多孔碳材料。

上述多种方法用于超级电容器电极材料的制备，但均存在制备流程复杂，能耗较大，电容器能量密度不高等缺点。因此，构建多级孔结构碳材料，实现其在高能量密度超级电容器中的应用，并提高其稳定性，是目前需要继续突破的瓶颈。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种多孔碳的制备方法，本申请制备的多孔碳具有丰富的微孔结构，因此其用于电容器具有较好的倍率性能和较高的功率密度。

有鉴于此，本申请提供了一种多孔碳的制备方法，包括以下步骤：

将煤焦油沥青、碳酸钾和氮源混合、煅烧，得到多孔碳；

或，将煤焦油沥青和碳酸钾混合、煅烧，得到多孔碳。

优选的，所述多孔碳的制备方法具体为：

将煤焦油沥青、碳酸钾和氮源研磨混合，得到混合物；

将所述混合物在氮气氛围下进行高温煅烧；

将得到的产物洗涤、烘干，得到多孔碳；

或，将煤焦油沥青和碳酸钾研磨混合，得到混合物；

将所述混合物在氮气氛围下进行高温煅烧；

将得到的产物洗涤、烘干，得到多孔碳。

优选的，所述氮源选自三聚氰酸、三聚氰胺和尿素中的一种。

优选的，所述煤焦油沥青和碳酸钾的质量比为1：(3～5)。

优选的，所述洗涤采用水洗，所述水洗的次数为1～2次，所述水的用量为500～1000mL/g煤焦油沥青。

优选的，所述煅烧的温度为700～900℃，所述煅烧的升温速率为3～10℃/min，所述煅烧的时间为100～150min。

本申请还提供了一种多孔碳，由煤焦油沥青、碳酸钾和氮源制备得到；或，由煤焦油沥青和碳酸钾制备得到。

本申请还提供了一种电极片，由多孔碳、导电剂和粘结剂制备得到，所述多孔碳为所述的制备方法所制备的多孔碳或所述的多孔碳。

优选的，所述多孔碳、导电剂和粘结剂的质量比为(7～8)：(1～2)：(1～2)。

本申请还提供了一种超级电容器，包括所述的电极片。

本申请提供了一种多孔碳的制备方法，在制备过程中，碳酸钾在煅烧作用下渗入到煤焦油沥青中与其发生反应，引起有机大分子降解为CO、CO₂等有机小分子，这些小分子在分子运动力的作用下释放出来，刻蚀煤焦油沥青，由此形成了一定量的孔隙结构的多孔碳；进一步的，氮源分解成多种含氮或含氧物质，这些物质会扩散进碳基体，宽化碳原子层，产生新的孔隙，使碳材料的比表面积大大增加，从而得到孔隙结构可控，较大比表面积的多孔碳材料；因此，本申请提供的多孔碳应用于电容器具有较好的倍率性能和较高的功率密度。

附图说明

图1为实施例1提供的HPC_1-4-1.5的扫描电镜图，标尺为10μm；

图2为实施例1提供的HPC_1-4-1.5的扫描电镜图，标尺为2μm；

图3为实施例1提供的HPC_1-4-1.5的X射线衍射(XRD)谱图；

图4为实施例1提供的HPC_1-4-1.5的拉曼光谱图；

图5为实施例2提供的HPC_1-4-1的扫描电镜图，标尺为10μm；

图6为实施例2提供的HPC_1-4-1的X射线衍射(XRD)谱图；

图7为实施例2提供的HPC_1-4-1的拉曼光谱图；

图8为实施例3提供的HPC_1-4-0.5的X射线衍射(XRD)谱图；

图9为煤沥青的扫描电镜图，标尺为5μm；

图10为煤沥青的扫描电镜图，标尺为1μm；

图11为碳酸钾的扫描电镜图，标尺为200μm；

图12为碳酸钾的扫描电镜图，标尺为50μm。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

鉴于现有技术中多孔碳材料和超级电容器的现状，本申请提供了一种多孔碳的制备方法及由其得到的多孔碳和应用。本申请提供的多孔碳的制备方法可制得具有丰富微孔结构的多孔碳。

为此，本申请首先提供了一种多孔碳的制备方法，包括以下步骤：

将煤焦油沥青、碳酸钾和氮源混合、煅烧，得到多孔碳；

或，将煤焦油沥青和碳酸钾混合、煅烧，得到多孔碳。

本发明提供的上述多孔碳的制备方法可进一步提高多孔碳产品的收率，并使得多孔碳具有丰富的微孔结构，因此由本发明制备得到的多孔碳材料相比于传统的碳材料其孔隙结构更加可控，较大的比表面积以及合适的孔径分布直接决定了电容器较好的倍率性能以及较高的功率密度。

在本申请中，所述煤焦油沥青和碳酸钾的质量比为1：(3～5)，更具体地，所述石油沥青、碳酸钾以及氮源的质量比为1:4:(1～2)；碳酸钾为模板剂、活化剂，若煤沥青与碳酸钾比例过高，造孔效果不佳，多孔碳材料比表面积较低，导致电解液中离子传输受阻，从而降低超级电容器性能；若煤沥青与碳酸钾比例过低，会出现刻蚀过度的现象，导致多孔碳材料出现坍塌，同样会降低电容器性能。适量氮源加入能够与煤焦油沥青进行充分的混合包覆，并且其在加热过程中分解成多种含氮或含氧物质，例如N₂、NH₃、O₂、C₂N₂ ⁺、C₃N₂ ⁺等，这些物质会扩散进入碳基体，宽化碳原子层，产生新的孔隙，而这时多以微孔的产生为主，使其比表面积大大增加。

所述煤焦油沥青为硬质沥青，煤焦油沥青的初始失重温度大于243℃(例如可以是310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃等)，所述石油沥青在243～347℃(例如可以是300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、635℃等)之间失重超过34wt％(例如可以是76wt％、77wt％、78wt％、79wt％、80wt％等)，所述石油沥青在大于710℃(例如可以是755℃、760℃、765℃、770℃、775℃等)为94wt％以上(例如可以是95wt％、96wt％、97wt％、98wt％、99wt％等。

所述氮源选自三聚氰酸、三聚氰胺和尿素中的一种。所述三聚氰酸未经任何预处理，初始失重阶段为34～257℃，归因于水分的脱除，失重比例为9.97wt％；第二个失重阶段为300～600℃，归因于CO₂和NO₂的脱除，失重比例为90.03wt％。两个阶段的总失重比例为100wt％。

在本申请中，所述煅烧在水平高温管式炉中进行；所述煅烧的温度为700～900℃，所述煅烧的升温速率为3～10℃/min，所述煅烧的时间为100～150min。所述煅烧的温度过低，碳酸钾和三聚氰酸无法正常分解，造孔效果较差；温度过高，会造成碳骨架坍塌，结构稳定性遭到破坏，对提升超级电容器性能不利。

按照本发明，在煅烧之后需要去除剩余的模板，所述去除剩余的模板的具体为：经去离子水洗涤去除煅烧后剩余的模板。所述去离子水洗的次数为1～2次，水的用量为500～1000mL/g沥青，所述水洗的时间为12～24h。所述水洗，以除去碳酸钾等过量的模板剂；若水洗时间过短，导致模板剂未完全去除，孔结构无法完全打开，同样会导致电解液中离子传输受阻，对提升超级电容器性能不利。

鉴于上述说明，本申请所述多孔碳为多孔碳纳米片，所述多孔碳纳米片的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过研磨混合的方式，将石油沥青和碳酸钾进行混合；

(2)将步骤(1)得到的混合后的物质，在氮气氛围下，于高温管式炉中进行煅烧；

(3)将步骤(2)煅烧得到的产物经去离子水洗涤去除煅烧后剩余的模板后，得到多孔碳纳米片。

优选的，所述多孔碳为分级多孔碳纳米片，所述分级多孔碳纳米片的制备方法，包括以下步骤：

(1')通过研磨混合的方式，将煤焦油沥青和碳酸钾与氮源以一定的质量比进行混合；

(2')将步骤(1')得到的混合后的物质，在氮气氛围下，于高温管式炉中进行煅烧；

(3')将步骤(2')煅烧得到的产物经去离子水洗涤去除煅烧后剩余的模板后，再烘干，得到分级多孔碳纳米片。

本申请碳酸钾作为活化剂，其偏弱酸性不仅对管式炉腐蚀性小，而且通过简单的水洗就可以去除，对环境更友好。在活化过程中，既有类似于CO₂和水蒸气的物理活化作用，又具有K₂O的化学催化活化功能，在活化温度超过钾单质沸点时，钾蒸汽会扩散进入不同的碳层，进行开孔，气态钾单质在微晶层之间穿行，撑开并使微晶层发生变形或扭曲，创造新孔；上述具体过程如下式所示：

K₂CO₃→K₂O+CO₂ (1)；

K₂CO₃+C→K₂O+2CO (2)；

K₂O+C→2K+CO (3)；

2K+CO₂→K₂O+CO (4)；

活化原理是K₂CO₃分子在热解的作用下渗入到含碳物质的结构中与其发生反应，引起有机大分子降解为CO、CO₂等有机小分子，这些小分子在分子运动力的作用下释放出来，刻蚀含碳物质，便形成了一定量的孔隙结构，这些孔的形成有利于碳材料的吸附性能提升。

在有上述氮源的方案中，以三聚氰酸为例，其对煤沥青进行原位氮掺杂及刻蚀，从而实现多孔碳材料的制备，优于现有技术中的氮掺杂技术。本申请中高温下三聚氰酸分解产生的气体参与造孔，实现造孔和掺杂的同步进行，造孔和掺杂的协同作用也是该研究的亮点所在。在本申请的制备过程中，在煅烧过程中，三聚氰酸会分解成多种含氮或含氧物质，例如N₂、O₂等，这些气体小分子会扩散至碳基体，从而产生新的空隙，且微孔分布较为均匀；而现有技术中氮掺杂主要采取后处理方式，即将碳化后的材料于氨气氛围中进一步煅烧，由于气体扩散能力有限，仅能实现材料表面的氮掺杂，刻蚀的微孔也仅存在于材料表面；并且在实验操作过程中，氨气容易堵塞管式炉，存在较大风险。所以本发明要优于现存的氮掺杂技术。

本发明还提供一种多孔碳，所述多孔碳由上述方案制备得到。

本申请还提供了一种电极片，其由多孔碳、导电剂和粘结剂制备得到，所述多孔碳为上述方案所述的多孔碳。

在本发明中，所述多孔碳、导电剂和粘结剂的质量比为(7～8)：(1～2)：(1～2)；。所述导电剂为导电炭黑，所述粘结剂为聚四氟乙烯。

本发明还提供了一种超级电容器，其包括上述所述的电极片。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明制备得到的多孔碳材料呈现分级多孔碳结构，较大的比表面积以及适宜的孔径分布为离子吸附提供位点，使得超级电容器展现出较高的电化学性能和循环稳定性；

(2)本发明所用的材料制备方法操作简单，所用到的化学试剂价格低廉，极大地降低了生产成本，具有客观的规模化应用前景。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的多孔碳的制备方法及其应用进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

以下具体实施方式中各组分来源如下所示：煤沥青购于(厂家：中国鞍钢集团有限公司、牌号：煤沥青)，碳酸钾购于(厂家：国药集团化学试剂有限公司、牌号：20200304)，三聚氰酸购于(厂家：阿拉丁试剂(上海)有限公司、牌号：C106082-100g)。

实施例1

本实施例提供一种多孔碳(HPC_1-4-1.5)的制备方法，制备方法包括以下步骤：

(1)分别称取1.0g煤沥青、4.0g碳酸钾和1.5g三聚氰酸一起于250mL玛瑙研钵中研磨混合均匀；

(2)转移到20mL刚玉舟中放置于充满氮气的水平管式炉中以5/min的升温速率从室温升温至800℃并保持120min；

(3)当管式炉温度降低至室温，将煅烧后的产品转移到1L烧杯中，加入过量去离子水，70℃水浴搅拌12h除去煅烧后残余的盐，再经过真空抽滤，将所得的样品转移到60℃烘箱中干燥24h，得到最终产品，命名为HPC_1-4-1.5。

图1和图2为实施例1HPC_1-4-1.5的扫描电镜图，由图1和图2HPC_1-4-1.5的扫描电镜图中可以看出，制备得到的材料呈现互相堆叠的片层结构，片层之间较大的层间距能够加快离子/电子的传输，有效减小扩散阻力，改善传输动力学。

图3为实施例1提供的HPC_1-4-1.5的X射线衍射(XRD)谱图，由图3所示，HPC_1-4-1.5的粉末X射线衍射图中可以看到位于23°和43°左右有两个对应于石墨碳的(002)和(100)晶面衍射峰，表明制备得到的实施例1呈现无定形碳的特征。

图4为实施例1提供的HPC_1-4-1.5的拉曼光谱图，由图4所示，从图中可以看出位于1350cm^-1和1590cm^-1处的两个峰分别对应于缺陷峰(D峰)和石墨化峰(G峰)，D峰和G峰的峰强度比值I_D/I_G＝1.31，较大的I_D/I_G比值表明该实施例拥有较高的缺陷程度。

实施例2

本实施例提供一种多孔碳(HPC_1-4-1)的制备方法，制备方法包括以下步骤：

(1)分别称取1.0g煤沥青、4.0g碳酸钾和1.0g三聚氰酸一起于250mL玛瑙研钵中研磨混合均匀；

(2)转移到20mL刚玉舟中放置于充满氮气的水平管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升温至800℃并保持120min；

(3)当管式炉温度降低至室温，将煅烧后的产品转移到1L烧杯中，加入过量去离子水，70℃水浴搅拌12h除去煅烧后残余的盐，再经过真空抽滤，将所得的样品转移到60℃烘箱中干燥24h，得到最终产品，命名为HPC_1-4-1。

图5为实施例2提供的HPC_1-4-1的扫描电镜图，由图5所示，HPC_1-4-1的扫描电镜图中可以看出制备得到的实施例2呈现同实施例1相同的互相堆叠的片层结构。该形貌能够加快离子/电子传输，有效减小扩散阻力，改善传输动力学。

图6为实施例2提供的HPC_1-4-1的X射线衍射(XRD)谱图，由图6所示，HPC_1-4-1的粉末X射线衍射图中可以观察到位于23°和43°左右有两个对应于石墨碳的(002)和(100)晶面衍射峰，呈现出与实施例1一致的无定形碳特征。

图7为实施例2提供的HPC_1-4-1的拉曼光谱图，由图7所示，HPC_1-4-1的拉曼光谱图，从图中可以看出实施例2与实施例1类似的谱图特征，即呈现出对应于炭材料的缺陷峰(D峰)和石墨化峰(G峰)，其I_D/I_G＝1.29，缺陷程度相较实施例1低，但仍然拥有高的缺陷程度。

实施例3

本实施例提供一种多孔碳(HPC_1-4-0.5)的制备方法，制备方法包括以下步骤：

(1)分别称取1.0g煤沥青、4.0g碳酸钾和0.5g三聚氰酸一起于250mL玛瑙研钵中研磨混合均匀；

(2)转移到20mL刚玉舟中放置于充满氮气的水平管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升温至800℃并保持120min；

(3)当管式炉温度降低至室温，将煅烧后的产品转移到1L烧杯中，加入过量去离子水，70℃水浴搅拌12h除去煅烧后残余的盐，再经过真空抽滤，将所得的样品转移到60℃烘箱中干燥24h，得到最终产品，命名为HPC_1-4-0.5。

图8为实施例3提供的HPC_1-4-0.5的X射线衍射(XRD)谱图；HPC_1-4-0.5的粉末X射线衍射图中可以观察到位于23°和43°左右有两个对应于石墨碳的(002)和(100)晶面衍射峰，呈现出与实施例1、2一致的无定形碳特征。

实施例4

本实施例提供一种多孔碳(LHPC_1-4-1.5)的制备方法，制备方法包括以下步骤：

(1)分别称取1.0g煤沥青、4.0g碳酸钾和1.5g三聚氰酸一起于250mL玛瑙研钵中研磨混合均匀；

(2)转移到20mL刚玉舟中放置于充满氮气的水平管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升温至700℃并保持120min；

(3)当管式炉温度降低至室温，将煅烧后的产品转移到1L烧杯中，加入过量去离子水，70℃水浴搅拌12h除去煅烧后残余的盐，再经过真空抽滤，将所得的样品转移到60℃烘箱中干燥24h，得到最终产品，命名为LHPC_1-4-1.5。

实施例5

本实施例提供一种多孔碳(HHPC_1-4-1.5)的制备方法，制备方法包括以下步骤：

(1)分别称取1.0g煤沥青、4.0g碳酸钾和1.5g三聚氰酸一起于250mL玛瑙研钵中研磨混合均匀；

(2)转移到20mL刚玉舟中放置于充满氮气的水平管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升温至900℃并保持120min；

(3)当管式炉温度降低至室温，将煅烧后的产品转移到1L烧杯中，加入过量去离子水，70℃水浴搅拌12h除去煅烧后残余的盐，再经过真空抽滤，将所得的样品转移到60℃烘箱中干燥24h，得到最终产品，命名为HHPC_1-4-1.5。

实施例6

本实施例提供一种多孔碳(MHPC_1-4-1.5)的制备方法，制备方法包括以下步骤：

(1)分别称取1.0g煤沥青、4.0g碳酸钾和1.5g三聚氰胺一起于250mL玛瑙研钵中研磨混合均匀；

(2)然后转移到20mL刚玉舟中放置于充满氮气的水平管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升温至800℃并保持120min；

(3)当管式炉温度降低至室温，将煅烧后的产品转移到1L烧杯中，加入过量去离子水，70℃水浴搅拌12h除去煅烧后残余的盐，再经过真空抽滤，将所得的样品转移到60℃烘箱中干燥24h，得到最终产品，命名为MHPC_1-4-1.5。

实施例7

本实施例提供一种多孔碳(UHPC_1-4-1.5)的制备方法，制备方法包括以下步骤：

(1)分别称取1.0g煤沥青、4.0g碳酸钾和1.5g尿素一起于250mL玛瑙研钵中研磨混合均匀；

(2)然后转移到20mL刚玉舟中放置于充满氮气的水平管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升温至800℃并保持120min；

(3)当管式炉温度降低至室温，将煅烧后的产品转移到1L烧杯中，加入过量去离子水，70℃水浴搅拌12h除去煅烧后残余的盐，再经过真空抽滤，将所得的样品转移到60℃烘箱中干燥24h，得到最终产品，命名为UHPC_1-4-1.5。

实施例8

本实施例提供一种多孔碳(HPC_1-4)的制备方法，制备方法包括以下步骤：

(1)分别称取1.0g煤沥青和4.0g碳酸钾一起于250mL玛瑙研钵中研磨混合均匀；

(2)然后转移到20mL刚玉舟中放置于充满氮气的水平管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升温至800℃并保持120min；

(3)当管式炉温度降低至室温，将煅烧后的产品转移到1L烧杯中，加入过量去离子水，70℃水浴搅拌12h除去煅烧后残余的盐，再经过真空抽滤，将所得的样品转移到60℃烘箱中干燥24h，得到最终产品，命名为HPC_1-4。

对比例1

本对比例提供一种多孔碳(NHPC_1-4-1.5)的制备方法，制备方法包括以下步骤：

(1)分别称取1.0g煤沥青和4.0g碳酸钾一起于250mL玛瑙研钵中研磨混合均匀；

(2)然后转移到20mL刚玉舟中放置于充满氨气的水平管式炉中以5℃/min的升温速率从室温升温至800℃并保持120min，实现碳化和氨气氮掺杂；

(3)当管式炉温度降低至室温，将煅烧后的产品转移到1L烧杯中，加入过量去离子水，70℃水浴搅拌12h除去煅烧后残余的盐，再经过真空抽滤，将所得的样品转移到60℃烘箱中干燥24h，得到最终产品，命名为NHPC_1-4-1.5。

应用例1

本应用例提供一种超级电容器的制备方法，包括以下步骤：

HPC_1-4-1.5活性材料24mg、导电炭黑3mg和聚四氟乙烯3mg分散于无水乙醇，随后在表面皿上烘干；将所得的材料在电热板上擀成薄片，然后切成电极片，控制电极片载量为2mg/cm²；将材料转移至真空烘箱内120℃干燥120min；干燥后，称取电极片重量，进行电极片匹配，随后在泡沫镍上压平，放入6M KOH浸泡2h，最后组装纽扣电池。

应用例2

本应用例提供一种超级电容器，与应用例1的区别仅在于：电容器电极材料中包含的是实施例2提供的HPC_1-4-1，其余原料用量以及电容器的制备方法与应用例1相同。

应用例3

本应用例提供一种超级电容器，与应用例1的区别仅在于：电容器电极材料中包含的是实施例3提供的HPC_1-4-0.5，其余原料用量以及电容器的制备方法与应用例1相同。

应用例4

本应用例提供一种超级电容器，与应用例1的区别仅在于：电容器电极材料中包含的是实施例4提供的LHPC_1-4-1.5，其余原料用量以及电容器的制备方法与应用例1相同。

应用例5

本应用例提供一种超级电容器，与应用例1的区别仅在于：电容器电极材料中包含的是实施例5提供的HHPC_1-4-1.5，其余原料用量以及电容器的制备方法与应用例1相同。

应用例6

本对比应用例提供一种超级电容器，与应用例1的区别仅在于：电容器电极材料中包含的是实施例6提供的MHPC_1-4-1.5，其余原料用量以及电容器的制备方法与应用例1相同。

应用例7

本对比应用例提供一种超级电容器，与应用例1的区别仅在于：电容器电极材料中包含的是实施例7提供的UHPC_1-4-1.5，其余原料用量以及电容器的制备方法与应用例1相同。

应用例8

本对比应用例提供一种超级电容器，与应用例1的区别仅在于：电容器电极材料中包含的是实施例8提供的HPC_1-4，其余原料用量以及电容器的制备方法与应用例1相同。

对比应用例1

本对比应用例提供一种超级电容器，与应用例1的区别仅在于：电容器电极材料中包含的是对比例1提供的NHPC_1-4-1.5，其余原料用量以及电容器的制备方法与应用例1相同。

性能测试

对上述应用例1～8和对比应用例1提供的二次电池和金属离子电容器进行各项电化学储锂性能测试，具体测试方法如下所示：

在上海辰化电化学工作站进行不同电流密度下的恒电流充放电测试，即：0.05、0.1、0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0A g^-1，测试的电压范围为0～1.0V，记录在不同电流密度下的放电时间△t/s，根据以下超级电容器能量密度(E)及功率密度(P)的计算公式：E＝(1/2×4×3.6)×CsV²；P＝E/△t，其中：Cs表示制备电容器的电极材料的比容，单位为F g^-1；V表示电压窗口，单位为V；△t为放电时间，单位为s；在蓝电测试设备进行循环稳定性的测试，测试的电压范围为0-1V，测试的电流密度为1A g^-1。

具体测试结果如下表1所示：

表1应用例1～8和对比例应用例1的性能数据表

其中，图9、图10为煤沥青的扫描电镜图，由图9、图10所示，煤沥青表现出不规则的堆积片层形貌，能够使煤沥青获得较高比表面积的多孔纳米片形貌。

其中，图11、图12为碳酸钾的扫描电镜图，由图11、图12所示，碳酸钾表现出分散的块体状形貌，能够使煤沥青获得多孔的形貌，提高材料的比表面积，缩短电解质离子的扩散距离。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种多孔碳的制备方法，包括以下步骤：

将煤焦油沥青、碳酸钾和氮源混合、煅烧，得到多孔碳；

或，将煤焦油沥青和碳酸钾混合、煅烧，得到多孔碳。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔碳的制备方法具体为：

将煤焦油沥青、碳酸钾和氮源研磨混合，得到混合物；

将所述混合物在氮气氛围下进行高温煅烧；

将得到的产物洗涤、烘干，得到多孔碳；

或，将煤焦油沥青和碳酸钾研磨混合，得到混合物；

将所述混合物在氮气氛围下进行高温煅烧；

将得到的产物洗涤、烘干，得到多孔碳。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述氮源选自三聚氰酸、三聚氰胺和尿素中的一种。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述煤焦油沥青和碳酸钾的质量比为1：(3～5)。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤采用水洗，所述水洗的次数为1～2次，所述水的用量为500～1000mL/g煤焦油沥青。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为700～900℃，所述煅烧的升温速率为3～10℃/min，所述煅烧的时间为100～150min。

7.一种多孔碳，由煤焦油沥青、碳酸钾和氮源制备得到；或，由煤焦油沥青和碳酸钾制备得到。

8.一种电极片，由多孔碳、导电剂和粘结剂制备得到，所述多孔碳为权利要求1～6任一项所述的制备方法所制备的多孔碳或权利要求7所述的多孔碳。

9.根据权利要求8所述的电极片，其特征在于，所述多孔碳、导电剂和粘结剂的质量比为(7～8)：(1～2)：(1～2)。

10.一种超级电容器，包括权利要求8～9任一项所述的电极片。

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