[发明专利]多孔碳材料和其制备方法以及使用该多孔碳材料制备的用于超级电容器的多孔碳基电极材料

说明书

本发明公开了一种制备多孔碳材料和其制备方法以及使用该多孔碳材料制备的用于超级电容器的多孔碳基电极材料，以三聚氰胺和甲醛为碳源，植酸为催化剂和交联剂，通过自组装聚合形成高度交联的聚合物；所得产物在惰性气氛中煅烧，然后将聚合物的碳化产物与KOH活化剂混合后，在惰性气体保护下升温活化，冷却后研磨，水洗至溶液为中性，干燥后得高比表面积多孔碳材料。多孔碳基电极材料是将多孔碳材料与导电剂、粘结剂进行结合而制成。本发明合成工艺操作简单、原料低廉、制备的多孔碳材料具有2186～2732m²/g的高比表面积；其用于超级电容器电极材料，具有较高的比电容和较稳定的循环使用寿命。

技术领域

本发明涉及新能源电极材料的制备技术领域，尤其涉及一种制备多孔碳材料和其制备方法以及使用该多孔碳材料制备的用于超级电容器的多孔碳基电极材料。

背景技术

超级电容器又叫电化学双电层电容器，作为一种新能源材料，由于具有充放电快、功率密度大、循环使用寿命长和环境友好等优点，在混合动力系统以及便携式电子设备应用等领域显示出重要的应用前景。电极材料是超级电容器的核心部件，其制备技术的研发尤为关键。由于碳基材料具有价格低廉、比表面积高和热稳定性好等特点，它是目前商业化应用得最多的超级电容器电极材料。根据碳基超级电容器的储能机理(利用极化电解液，通过吸附形成的界面双电层电容来富集电荷从而达到能量储存的目的)，改善碳材料比电容的主要方法之一是通过提高其有效比表面积，增加界面双电层中电解液离子的吸附量而提高其比容量。KOH作为一种能显著提高碳材料比表面积的活化剂，常被用来制备高比表面积多孔碳材料，但其主要产生微孔，且孔隙间连通性较差，使得电容性能很难有较大的改善。例如中国发明专利200510031195.7公开了一种直接采用KOH活化制备超级电容器用高比表面积多孔碳材料的方法，虽然比表面高达2000～3000m²/g，但其比电容不到100F/g。为了改善多孔碳的孔道结构，专利201611008475.0公开了一种结合模板碳化法和KOH活化法制备多级孔结构的高比表面积碳材料，其用于超级电容器显示出较高的比容量和较好的循环性能。但是该方法需要选择特定尺寸的模板，操作工艺繁琐，成本相对较高，不利于工业化大规模生产。

因此亟需一种操作工艺简单，成本低廉，比容量高和循环性能好的多孔碳基电极材料。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种制备多孔碳材料和其制备方法以及使用该多孔碳材料制备的用于超级电容器的多孔碳基电极材料，该方法所制备的多孔碳材料具有大孔/介孔/微孔等多级孔结构，以此制作的多孔碳基电极材料比容量高，循环稳定性能好。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种多孔碳材料，其特征在于：所述多孔碳材料比表面积高达2732m²/g，最可几孔径分布为4nm。

作为上述技术方案的改进，所述多孔碳材料是将三聚氰胺、甲醛和植酸混合后聚合、焙烧，然后加KOH活化、在惰性气体保护下煅烧以后，降温、洗涤而得。

作为上述技术方案的改进，所述多孔碳材料是将摩尔比为1:1:0.5～1:5:2的三聚氰胺、甲醛和植酸混合均匀，于20～90℃下搅拌10～60min后，在冰浴条件中搅拌1～3h，通过真空冷冻干燥得到聚合物粉末；接着将烘干后的聚合物在惰性气体保护下，升温至450-850℃，保温焙烧1～3h；焙烧完成后，得到碳化产物；

然后将上述碳化产物与KOH活化剂按质量比1:1～1:4溶解在体积比为1:1～3:1的水和乙醇的混合溶液中，挥发溶剂，在惰性气体保护下升温至500～900℃并保温活化1～3h，最后自然降温至室温，然后用去离子水反复洗涤至所得滤液为中性，收集滤渣得到。

一种用于超级电容器的多孔碳基电极材料，所述电极材料是将权利要求1-3所述的多孔碳材料与导电剂、粘结剂进行结合而制成。