[发明专利]改性活性炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性活性炭及其制备方法和应用，包括：(1)将氧化石墨烯与微藻在溶剂中进行混合，干燥后得到复合前驱体；(2)将所述复合前驱体与活化剂进行混合，以便得到混合物料；(3)将所述混合物料进行高温活化，以便获得改性活性炭。由此，该改性活性炭作为锂电池的正极材料时，可使得锂离子快速传输到活性炭表面，提高活性物质利用率，进而大幅提升正极比容量和功率密度。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体而言，本发明涉及改性活性炭及其制备方法和应用。

背景技术

超级电容器作为新型储能元件具有广阔的应用前景及巨大的经济价值。能量密度和功率密度是衡量电容器性能的主要指标，而电极材料的性质是决定电容器能量密度、功率密度等电化学性能的关键。活性炭是超级电容器电极的首选材料，对活性炭电极材料来说，活性炭的比表面积、孔径分布和表面性质是影响超级电容器电化学性能的重要因素，提高活性炭的比表面积及利用率可以提高电容器的能量密度；优化孔径则有利于提高电容器的功率密度；采用新型的活化工艺或表面改性处理，改变活性炭的表面性质也会对超级电容器的电化学性能产生重要影响。但现有的研究成果还不理想，为了进一步提高电容器的性能，加快其推广应用的步伐，开发集各种优良性能于一体、且具有实用价值的新型活性炭电极材料仍是广大研究者追求的目标。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种改性活性炭及其制备方法和应用，该改性活性炭作为锂电池的正极材料时，可使得锂离子快速传输到活性炭表面，提高活性物质利用率，进而大幅提升正极比容量和功率密度。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备改性活性炭的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)将氧化石墨烯与微藻在溶剂中进行混合，干燥后，得到复合前驱体；

(2)将所述复合前驱体与活化剂进行混合，以便得到混合物料；

(3)将所述混合物料进行高温活化，以便获得改性活性炭。

根据本发明实施例的制备改性活性炭的方法，通过采用氧化石墨烯对微藻进行改性，氧化石墨烯可与微藻中炭通过稳定的共价键结合成一体化材料，氧化石墨烯的片层结构搭建成具有开放式孔结构的三维网络，而炭颗粒穿插在氧化石墨烯的片层之间防止氧化石墨烯团聚，然后将含有复合前驱体和活化剂的混合物料经过高温活化，使得微藻与活化剂发生剧烈反应，促进了挥发分的分解，在炭表面留下丰富的孔隙，即活化微藻得到活性炭，所得到的改性活性炭作为锂电池的正极材料时，可使得锂离子快速传输到活性炭表面，提高活性物质利用率，进而大幅提升正极比容量和功率密度。

另外，根据本发明上述实施例的制备改性活性炭的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述溶剂选自去离子水和无水乙醇中的至少之一。由此，有利于提高改性活性炭的品位。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述微藻与所述溶剂的质量比为1：(5～10)。由此，可进一步提高改性活性炭的品位。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述氧化石墨烯为所述微藻质量的0.01％～5％。由此，可进一步提高改性活性炭的品位。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述微藻为选自黄丝藻、小球藻、螺旋藻和褐藻中的至少之一。由此，可进一步提高改性活性炭的品位。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述复合前驱体与所述活化剂的混合质量比为1:(2～5)。由此，可进一步提高改性活性炭的品位。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述活化剂为可溶性铁盐的一种或其组合，优选为氯化铁和硝酸铁中的至少之一。由此，可进一步提高改性活性炭的品位。