專利名稱：一種富含中孔高比表面積活性炭的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可用于雙電層電容器電極材料、鋰離子電池負極材料、碳分子篩、催化劑載體等領域的富含中孔高比表面積活性炭的制備方法。
背景技術：
由于雙電層電容器不僅兼具電容和電池雙重功能，而且其性能優(yōu)越，具有容量大、可靠性高、壽命長、工作溫度寬(-25℃～85℃)和快速充放電等良好特性，是當今能量儲存領域的一項新的革命和學科及產(chǎn)業(yè)生長點。
雙電層電容器的儲電機理是依靠電極材料和電解液之間形成雙電層存儲電荷，因此具有較高比表面積和良好導電性的高比表面積活性炭當屬首選材料，尤其是比表面積在2000m2/g左右、孔結構以中孔為主的高比表面積活性炭(《新型炭材料》17(1)71～79，2002)，因為該材料較高的表面積可以實現(xiàn)電極較高的能量密度，其孔結構又能使電解液在電極充放電時極容易進入而相應提高了其功率密度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是通過在現(xiàn)有的KOH化學活化法制備超高比表面積活性炭的浸漬工藝中添加可溶性金屬鹽，利用金屬離子對碳的催化氣化作用而實現(xiàn)制備中孔活性炭的目的。
本發(fā)明所說的富含中孔高比表面積活性炭制備方法，其以石油焦粉末為原料，通過KOH水溶液浸漬、脫水及活化后制得，其特征在于，在KOH水溶液浸漬時加入可溶性金屬鹽，可溶性金屬鹽的加入量為石油焦粉末重量的1～10％。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的可溶性金屬鹽為金屬鎳、鈷、銠、鎬或鈀的可溶性鹽，最佳為硝酸鎳。
按本發(fā)明所述方法可制備出BET比表面積為2000～2900m2/g，中孔孔容為0.6～1.5ml/g，平均孔徑為1.3～2.6nm的富含中孔的高比表面積活性炭。該活性炭用作雙電層電容器電極材料時，其比表面積可達200～320F/g。與現(xiàn)有KOH化學活化法比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1)本發(fā)明所制備的活性炭的孔徑主要分布在1～3nm范圍內(nèi)，當用作雙電層電極材料時，可使電解液極容易進入活性炭的孔中，因而能降低雙電層電容器的交流阻抗、提高電極材料的表面積利用率，進而使其能量密度和功率密度得到有效提高；2)本發(fā)明能使金屬離子分子彌散在活性炭的表面，有利于提高炭電極的導電性和比電容；
3)本發(fā)明改善了活化工藝條件，能相應降低材料制備的活化溫度和縮短活化時間，從而相應降低了生產(chǎn)能耗、節(jié)省制造成本，這對該材料的工業(yè)化生產(chǎn)具有較大意義；4)本發(fā)明制備的富含中孔的高比表面積活性炭可用作鋰離子電池負極材料、碳分子篩、催化劑載體、吸波材料以及醫(yī)藥等領域，這將拓寬了高比表面積活性炭的應用領域。
具體實施例方式
本發(fā)明所說的富含中孔高比表面積活性炭制備方法包括如下步驟將石油焦原料經(jīng)粉碎、篩分成20～150目后與KOH以重量比為1∶3～6混合，同時添加1～10wt％的可溶性金屬鹽(以石油焦粉末重量為基準計)和水，在水溶液中浸漬24h后，在氮氣保護下，以4～10℃/min的升溫速度升溫至100℃并在此狀態(tài)保持1h，然后以相同升溫速度升至400℃，保持1～4h，再繼續(xù)升溫至700～900℃保持1～3h，自然冷卻后用水洗至中性、經(jīng)干燥即得產(chǎn)品。
下面通過實施例對本發(fā)明作進一步闡述，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的內(nèi)容，而非限制本發(fā)明的保護范圍實施例1(對比例)將100目的石油焦粉末與KOH活化劑以重量比按1∶4混合，水溶液浸漬24h，在氮氣保護下，以5℃/min的升溫速度先升溫至100℃低溫物理脫水1h，然后以相同升溫速度升至400℃化學脫水1.5h，再繼續(xù)升溫至800℃后活化2h，自然冷卻，然后水洗至中性，干燥得產(chǎn)品。
按照此種活化工藝條件所制備的活性炭，BET比表面積為2573m2/g，孔徑集中分布在0.5～1.2nm微孔范圍內(nèi)，總孔容為1.83ml/g，其中微孔孔容為1.82ml/g，中孔孔容為0.01ml/g。該材料用作雙電層電容器電極材料時其比電容為137F/g。
實施例2除在水溶液浸漬過程中添加2wt％的Ni(NO3)2(以石油焦粉末重量為基準計)，其它條件均與實施例1中所述的相同。所制得的活性炭BET比表面積為2364m2/g，孔徑分布變寬，部分微孔向中孔方向偏移，孔徑集中分布在0.5～2.1nm范圍內(nèi)，中孔孔容較實施例1有所增大，為0.14ml/g。正因為該工藝使活性炭的孔徑分布發(fā)生變化，用作雙電層電容器電極材料時其比電容也相應有所增大，為254F/g。
實施例3在實施例2的工藝基礎上(即僅改變Ni(NO3)2的加入量，其它條件均不改變)，增大Ni(NO3)2的添加量至10％。所制得的活性炭BET比表面積2305m2/g，孔徑集中分布在0.5～6.6nm范圍內(nèi)，中孔孔容較實施例1有所增大，為1.53ml/g。該材料用作雙電層電容器電極材料時其比電容為301F/g。
實施例4在實施例3的工藝基礎上，將活性炭制備工藝中的活化溫度降為770℃恒溫2h，所制得的活性炭的BET比表面積為2398m2/g，孔徑分布并無明顯變化，其根本原因是金屬離子的協(xié)同催化效應相應能降低活化工藝中的活化溫度和縮短活化時間。該材料用作雙電層電容器電極材料時其比電容相應有所增大，為323F/g。
權利要求
1.一種富含中孔高比表面積活性炭的制備方法，其以石油焦粉末為原料，通過KOH水溶液浸漬、脫水及活化后制得，其特征在于，在KOH水溶液浸漬時加入可溶性金屬鹽，可溶性金屬鹽的加入量為石油焦粉末重量的1～10％。
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，其中所說的可溶性金屬鹽為金屬鎳、鈷、銠、鎬或鈀的可溶性鹽。
3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，其中所說的可溶性金屬鹽為硝酸鎳。
4.如權利要求1～3所述的任意一種制備方法，其特征在于，其中石油焦粉末與KOH的重量比為1∶3～6。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可用于雙電層電容器電極材料、鋰離子電池負極材料、碳分子篩、催化劑載體等領域的富含中孔高比表面積活性炭的制備方法，其以石油焦粉末為原料，通過KOH水溶液浸漬、脫水及活化后制得，其特征在于，在KOH水溶液浸漬時加入可溶性金屬鹽，可溶性金屬鹽的加入量為石油焦粉末重量的1～10％。按本發(fā)明所述方法可制備出BET比表面積為2000～2900m
文檔編號C01B31/08GK1693189SQ20051002551
公開日2005年11月9日 申請日期2005年4月28日 優(yōu)先權日2005年4月28日
發(fā)明者詹亮, 謝應波, 張睿, 梁曉懌 申請人:華東理工大學