[发明专利]纳米带状活性炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纳米带状活性炭及其制备方法与应用。本发明纳米带状活性炭制备方法包括的步骤有：将纳米带状酚醛树脂基聚合物进行炭化处理、将炭化物进行活化处理和将活化产物进行洗涤处理。本发明纳米带状活性炭比表面积大，比电容高。其制备方法将碳化和活化工艺相结合处理，其工艺条件易控，从而有效保证了制备的活性炭特性的稳定性，酚醛树脂基聚合物原料来源丰富，性能较好，有效降低了成本。

技术领域

本发明属于多孔炭技术领域，具体涉及一种纳米带状活性炭及其制备方法和应用。

背景技术

由于超级电容器具有功率密度高、能量密度大、循环寿命长及安全可靠性高等特点，主要应用于主电源、后备电源和替代电源等，在电子产品、电动汽车、智能电网领域有着重要的作用，在信息技术、航空航天领域有着广阔的应用前景。近年来，超级电容器的应用领域不断拓展，从军事领域及公共服务领域进一步扩展到人们的日常生活当中，因此制备应用于高比电容超级电容器的具有更高功率、高能量密度的电极材料日益重要。

超级电容器通常是由双电极、电解质、集流体、隔膜四个部件组合而成，要想达到高比电容、循环寿命长和安全稳定性好等优点，改善制成双电极的电极材料是最好的选择，因为电极材料是影响超级电容器性能的核心部件，也是种类最为繁多的部件。目前商用超级电容器大多采用活性炭，主要是活性炭的原料来源丰富、良好的导电性、较高的比表面积、稳定的化学特性及可控的孔结构。

以活性炭作为电极材料，超级电容器依靠双电层储能，理论上比电容与比表面成正比例关系。但是实际情况并不是如此简单，活性炭电极材料的比容量和比表面积并非呈线性关系，除了活性炭的比表面积，活性炭的孔径分布、表面状态、导电性、电解液的浸润性以及微观形貌等都会影响其电化学性能。充分考虑这些影响因素，综合有利条件，合理选择成本低且易制备的原材料才是高性价比活性炭材料的有效途径。纳米带状酚醛树脂基聚合物具有成本低、易制备和产率高等特点，同时其纳米带状纳米结构和三维网络状结构也为离子传输提供了大的活性位点和开放的传导通道。目前尚无将纳米带状酚醛树脂基聚合物经适当处理方法制备超级电容器用活性炭的报道。

发明内容

本发明的目的在于利用现有技术来解决纳米带状酚醛树脂基聚合物导电性差等问题，提供一种纳米带状活性炭及其制备方法，制备的纳米带状活性炭具有较高的比表面积和优异的润湿性，用于超级电容器中获得较高的比容量。

本发明采用的技术手段如下：

一方面，本发明提供了一种纳米带状酚醛树脂基活性炭的制备方法，包括以下步骤：

将纳米带状酚醛树脂基聚合物进行炭化处理，获得炭化物；

将所述炭化物经研磨处理后与活化剂进行混合处理，于800-850℃下进行活化处理；

将经活化处理的活化产物进行洗涤处理，直至pH为6-7。

本发明的另一方面，提供了一种纳米带状活性炭。所述纳米带状活性炭由本发明纳米带状活性炭的制备方法制备形成。

本发明的又一方面，提供了纳米带状活性炭的应用方法。所述纳米带状活性炭在超级电容器、锂离子电池、锂硫电池中的应用。

与现有技术相比，本发明纳米带状活性炭及其制备方法以酚醛树脂基纳米带聚合物为原料，将碳化和活化工艺相结合，使得生成的活性炭为纳米带状结构，而且大的比表面积和特定的孔径分布、表面状态，正因制备的活性炭具有大的比表面积和特定的孔径分布、表面状态，润湿性好，从而使得其比电容高。另外，本发明制备方法只需将碳化和活化工艺相结合处理，无需多次活化处理，其工艺条件易控，从而有效保证了制备的活性炭特性的稳定性，其次，酚醛树脂基聚合物原料来源丰富，性能较好，有效降低了成本。

正是由于本发明纳米带状活性炭具有大的比表面积和特定的孔径分布、表面状态，润湿性好，比电容高，因此，其可以有效应用于超级电容器、锂离子电池、锂硫电池中，提高相应器件的电化学性能。