活性炭微球、电极及超级电容器制造技术

本发明专利技术涉及一种以石墨烯作为导电剂的电极及超级电容器。本发明专利技术的电极包括电极集流体和存在于所述电极集流体上的电极活性物质层，所述电极活性物质层至少包含电极活性物质和导电剂，所述导电剂包含石墨烯。

Activated carbon microspheres, electrodes and supercapacitors

The invention relates to an electrode and supercapacitor using graphene as a conductive agent. The electrode of the invention comprises an electrode collector and an electrode active material layer existing on the electrode collector. The electrode active material layer comprises at least an electrode active material and a conductive agent, the conductive agent comprising graphene.

【技术实现步骤摘要】
活性炭微球、电极及超级电容器
本专利技术涉及电极。具体地，本专利技术涉及以活性炭微球作为电极活性物质的、可用于超级电容器的电极、包含该电极的超级电容器、电路以及用电设备。
技术介绍
超级电容器是介于传统电容器与电池之间的一种电化学储能装置。与传统电容器相比，其具有更高的电容量；与电池相比，其具有更高的功率密度和超长循环寿命。超级电容器有许多显著的优点，例如功率密度高、充放电时间短、循环寿命理论上为无限长、工作温度范围宽、可提供瞬间高电流。但，其也存在储能少、能量密度低、比电容低、内阻大、充放电过程中电极材料结构易被破坏而导致充放电容量及循环性能降低等缺点。
技术实现思路
本专利技术有鉴于上述现有技术中存在的技术问题，其目的在于提供一种电极、包含该电极的超级电容器、包含该超级电容器的电路以及包含该电路的用电设备；将该电极应用于超级电容器时，能够提高储能容量、提高能量密度、提高比电容、降低内阻、防止充放电过程中电极材料结构被破坏、防止导致充放电容量降低、和/或防止循环性能降低。本专利技术人为解决上述技术问题进行了深入研究，结果发现：通过将特定的活性碳微球用作电极活性物质层中的电极活性物质，能够解决上述技术问题中的一个或多个或全部，从而完成了本专利技术。即，本专利技术包括：1.一种活性炭微球，所述活性炭微球的粒径分布在0.5-15μm之间，且粒径分布在0.5-10μm的活性炭微球占比在10-90％，粒径分布在5-15μm的活性炭微球占比在90-10％。2.根据项1所述的活性炭微球，其中，所述活性炭微球的平均粒径D10为0.5-5μm以及D50为7-10μm，优选D10为1-4μm，更优选2-3μm，优选D50为7-9μm，更优选7.5-8.5μm。3.根据项1或2所述的活性炭微球，其中，粒径分布在0.5-10μm的活性炭微球占比在20-80％，优选30-70％，更优选40-60％，更优选45-55％；粒径分布在5-15μm的活性炭微球占比在80-20％，优选70-30％，更优选60-40％，更优选55-45％。4.根据项1～3中任一项所述的活性炭微球，其中，所述活性炭微球的堆积密度为0.5-1.5g/cm3，优选0.5-1.2g/cm3，更优选0.6-0.9g/cm3。5.一种活性炭微球的制造方法，其包括下述步骤：步骤A：准备碳源；步骤B：将所述碳源进行水热反应，得到初级炭微球；以及步骤C：将所述初级炭微球进行炭化反应和活化反应，得到活性炭微球。6.根据项5所述的制造方法，其中，所述碳源是葡萄糖、木糖或纤维素。7.根据项5或6所述的制造方法，其中，所述碳源是浓度为1-99重量％、优选3-70重量％、更优选5-60重量％、更优选7-50重量％、更优选10-40重量％的葡萄糖水溶液。8.根据项7所述的制造方法，其中，所述葡萄糖来源于玉米淀粉水解。9.根据项5～8中任一项所述的制造方法，其中，所述水热反应的反应温度在120-180℃。10.根据项5～9中任一项所述的制造方法，其中，所述水热反应的反应时间为3-6小时。11.根据项5～10中任一项所述的制造方法，其中，所述水热反应中使用催化剂，所述催化剂选自：羟基笼状磷酸酯类及其衍生物、弱酸与碱金属形成的盐类、以及酸类(一般为无机酸)。12.根据项5～11中任一项所述的制造方法，其中，所述碳源(以碳计)与所述催化剂的重量比为1:1-10:1，优选2:1-6:1、更优选3:1-4:1。13.根据项5～12中任一项所述的制造方法，其是项19～22中任一项所述的活性炭微球的制造方法。14.一种电极，其包括电极集流体和存在于所述电极集流体上的电极活性物质层，所述电极活性物质层至少包含活性炭微球作为电极活性物质；其中，所述活性炭微球是项1～4中任一项所述的活性炭微球或采用项5～13中任一项所述的制造方法。15.根据项14所述的电极，其中，该电极是正极。16.根据项14所述的电极，其中，该电极是负极。17.根据项14～16中任一项所述的电极，其中，该电极用于超级电容器。18.一种超级电容器，其包括正极、负极、隔膜和电解质，其中，所述正极和负极中的任意一个或全部是项14～17中任一项所述的电极。19.一种电路，其包含项18所述的超级电容器。20.一种用电设备，其包含项19所述的电路。附图说明图1实施例6中得到的活性炭微球的SEM照片。图2实施例6中得到的活性炭微球的孔容-孔径分布图。图3实施例6中得到的活性炭微球的BET比表面积图。图4实施例9中得到的活性炭微球的SEM照片。图5实施例9中得到的活性炭微球的孔容-孔径分布图。图6实施例9中得到的活性炭微球的BET比表面积图。具体实施方式为了更加清楚地显现本专利技术的目的、技术方案和技术效果，下面将结合附图对本专利技术的具体实施方式进行说明。应当理解的是，所描述的实施方式仅是本专利技术的部分而非全部实施方式。1.活性炭微球在本专利技术的一个方面中，提供一种活性炭微球(本专利技术的活性炭微球)，所述活性炭微球的粒径分布在0.5-15μm之间，且粒径分布在0.5-10μm的活性炭微球占比在10-90％，粒径分布在5-15μm的活性炭微球占比在90-10％。上述粒径分布可以通过实施例中给出的具体方法检测，首先利用高效分散机使得到的团聚黏连微球分散，然后利用SEM电镜对经过分散的活性炭微球进行拍照，根据SEM照片中显示的微球，通过肉眼和根据照片中给出的比例尺来对不同粒径下的微球的个数进行计数和统计，根据计数的结果计算出粒径分布在0.5-10μm的活性炭微球占全部炭微球的百分比，粒径分布在5-15μm的活性炭微球占全部炭微球的百分比。所述活性炭微球的平均粒径D10为0.5-5μm以及D50为7-10μm。其中D10是指一个样品的累计粒度分布数达到10％时所对应的粒径。它的物理意义是粒径小于它的颗粒占总量的10％。同理D50指一个样品的累计粒度分布数达到50％时所对应的粒径。它的物理意义是粒径小于它的颗粒占总量的50％。粒径分布可以采用本领域技术人员采用的常规仪器来进行检测，例如采用激光粒度分布仪Bettersize2000LD进行检测，以碳为基准，水介质分散，然后检测。本专利技术的活性炭微球中，粒径分布在0.5-10μm的活性炭微球占比在20-80％，优选25-75％，更优选30-70％，更优选35-65％，更优选40-60％，更优选45-55％；粒径分布在5-15μm的活性炭微球占比在80-20％，优选70-30％，更优选60-40％，更优选55-45％。所述粒度分布可以使用例如激光粒度分布仪进行测定。本专利技术的活性炭微球的堆积密度可以为0.5-1.5g/cm3。一般而言，电极上的活性物质层的厚度有一定范围，在厚度一定的条件下，如果电极活性的堆积密度越大，则电极的能量密度越高、储能越多，使用该电极的超级电容器的体积比容量越高、性能越好。本专利技术人发现，当作为电极活性物质的活性碳微球满足上述条件时，能够使得其具有更大的堆积密度，从而使得使用具有以该活性碳微球作为电极活性物质的电极的超级电容器的性能提高。此外，本专利技术人还发现，采用下述制造方法可以简便地制造本专利技术的活性炭微球。因此，在另一方面中，本专利技术还提供一种活性炭微球的制造方法(本专利技术的制造方法)，其包括下述步骤：步骤A：准备碳源；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活性炭微球，所述活性炭微球的粒径分布在0.5‑15μm之间，且粒径分布在0.5‑10μm的活性炭微球占比在10‑90％，粒径分布在5‑15μm的活性炭微球占比在90‑10％。

【技术特征摘要】
2017.04.06 CN 20171022026221.一种活性炭微球，所述活性炭微球的粒径分布在0.5-15μm之间，且粒径分布在0.5-10μm的活性炭微球占比在10-90％，粒径分布在5-15μm的活性炭微球占比在90-10％。2.根据权利要求1所述的活性炭微球，其中，所述活性炭微球的平均粒径D10为0.5-5μm以及D50为7-10μm，优选D10为1-4μm，更优选2-3μm，优选D50为7-9μm，更优选7.5-8.5μm。3.根据权利要求1或2所述的活性炭微球，其中，粒径分布在0.5-10μm的活性炭微球占比在20-80％，优选30-70％，更优选40-60％，更优选45-55％；粒径分布在5-15μm的活性炭微球占比在80-20％，优选70-30％，更优选60-40％，更优选55-45％。4.根据权利要求1～3中任一项所述的活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝建勋，
申请(专利权)人：济南圣泉集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37