一种液相加压改性碳电极的制备方法技术

本发明专利技术属于碳电极的制备技术领域，具体涉及一种液相加压改性碳电极的制备方法。本发明专利技术采取的主要技术方案为按重量分数将活性炭75‑80份、活性炭纤维粉5‑10份、导电剂5‑10份和粘结剂5‑10份混合制备碳电极，并将其放入盛满纯水、酸性溶液、碱性溶液或金属卤化物溶液中的任意一种的高压反应釜中，在加压条件下程序升温反应，最后制得产品。根据本发明专利技术提供的制备碳电极方法，制造所得的碳电极的比电容，比同条件下未液相加压改性的碳电极比电容增大50％～200％，10000次充放电后电容保持率提高3％‑17％。且该方法操作简单，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种液相加压改性碳电极的制备方法
本专利技术属于碳电极的制备
，具体涉及一种液相加压改性碳电极的制备方法。
技术介绍
超级电容器具有快速充放电和高功率密度等特点，在储能领域得到广泛应用。超级电容器电极主要有碳材料电极、金属氧化物材料电极和导电聚合物电极三种，其中碳电极材料具有来源广、种类多、低污染、价格低、孔结构可控、稳定性良好等特点。碳电极的比电容是考察其电化学吸附能力的最重要的指标之一，因此通过对成型碳电极直接改性，可有效提升其电容性能，从而进一步提高超级电容器电化学的储能能力。石油、煤、木材、坚果壳、沥青、树脂等都可以用来制备活性炭粉，生产工艺也略有差别，原料和制备工艺决定了活性炭的物理和化学性能，这些活性炭材料可作为电化学电容器活性物质来制备碳电极，活性炭的孔径结构以及化学组成均对电极的性能起决定作用。近年来对碳电极的研究中对于活性炭材料的研究较多，无论是是活性炭还是活性炭纤维，均从原材料、碳化、活化的角度出发，通过技术方法进行孔径分布调控、材料表面改性等得以提高电导率和降低成本等方面，最终达到提高活性炭材料的电容性能目的。此外除了比表面积和孔结构的影响，活性炭材料的表面官能团也会影响其电容性能，因此对活性炭表面进行预处理产生官能团、碳化含氮前驱体得到富含氮官能团以及惰性气氛中高温处理消除官能团等对于电极材料的研究也得到一定发展。另外在在碳材料中掺入杂原子和石墨烯等二维碳材料的研究也得到关注。中国专利技术专利CN2017000658575.6公开了一种制备改性碳电极的方法，采用活性炭为原料，在与导电剂、粘合剂混合后，通过压片到集流板上制得电极，在电极表面喷淋改性剂后，惰性气氛保护条件下高温改性，改性完成后猝冷降温，获得了比电容高，倍率性良好的改性碳电极。中国专利技术专利201611073358.2公开了一种生物碳电极材料及其制备方法，先将植物秸秆和水溶液混合球磨，后加入活化剂，在保护气氛下升温至500-1100℃保温2-6小时，最后用盐酸、水和乙醇进行处理即可获得生物电碳材料。中国专利技术专利201710272590.7公开了一种钴酸镍/多级孔碳材料的制备方法，该方法是先制备EDTA-3K基多孔碳材料，在通过电脑微波辐射的方法将金属盐和脲的水溶液掺杂到EDTA-3K基多孔碳材料中，最后通过煅烧得到钴酸镍/多级孔碳电极材料。中国专利技术专利201710350354.2公开了一种类石墨烯结构电极材料的制备方法，该方法把干燥的壳类生物质在镍盐水中浸泡并烘干后，置于650-750℃的惰性气氛中进行炭化，再分别经过酸碱处理烘干，再在650-750℃的惰性气氛中活化，活化完成后经过冷却、洗涤到中性即得类石墨烯的碳电极材料。以上方法对所制备的碳电极的比电容均有明显的提升，但研究核心内容是碳电极原材料的制备和改性，研究方法也越来越复杂、工艺调节也比较苛刻，整体生产成本将有所增加。专利技术专利CN2017000658575.6对是成型电极进行的改性，该方法是对现有的活性炭材料先行压片金属集流板上，历经喷淋改性剂、惰性气氛高温改性、淬冷降温获得改性碳电极，该方法对成型电极的结构稳定性尤其是冷源质量有较高的要求，在实际生产中对技术要求较高。因此考虑在现有碳材料工艺的基础上，增强碳电极结构，避免使用高质量冷源，直接对碳电极进行改性，开发成本低廉且性能良好碳电极的新工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种液相加压改性碳电极的制备方法，制备所得的改性碳电极的与活性炭直接制备所得碳电极的比具有电容明显增加，电容保留率提高，电容性能更加优异的特点，且方法简单易行，成本低廉。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案步骤如下：(1)将活性炭过300目筛，干燥备用；(2)将规格为长2mm，直径为7μm的活性炭纤维粉用纯水沸腾状态煮2-4小时，干燥备用；(3)按重量分数将步骤(1)中制得的活性炭75-80份、步骤(2)中制得的活性炭纤维粉5-10份、导电剂5-10份和粘结剂5-10份混合，再加入20-100份无水乙醇或氮甲基吡咯烷酮作为溶剂，边加热边搅拌直至溶剂完全挥发，得到混合物A，同时称取无水乙醇1-10份备用；(4)在混合物A上滴入称取好的1-10份无水乙醇，得到混合物B；(5)将混合物B用压片机在15-30MPa下压制后，50-70℃中真空干燥6-18小时，待冷却降温后取出，得到电极A；(6)将纯水、酸性溶液、碱性溶液或金属卤化物溶液中的任意一种置于耐腐蚀高压反应釜中，并尽可能装满；(7)将电极A完全浸入高压反应釜的溶液中，并密闭反应釜，如反应釜仍留有未被溶液充满的空间，需用惰性气体置换至反应釜中无残留的空气；(8)启动反应釜进行加热，反应釜以5℃/分钟的速率升温，最终达到活化温度，同时依靠溶液的饱和蒸气压升高使得反应釜内的压力增加至一定活化压力，如达不到规定压力，注入高压惰性气体使釜内压力增加至规定的活化压力，并维持高压反应釜内的压力保持1～24小时，然后缓慢降温至室温，泄压至常压0MPa(表压)，得到电极B；(9)将电极B用大量纯水冲洗，如步骤(6)中使用的是强酸性溶液则先用低浓度碳酸钠或碳酸氢钠溶液冲洗，再用纯水冲洗，以去除多余的酸性溶液和产生的盐等，干燥后得到电极C；(10)将电极C黏贴到涂有导电胶的集流板上，再次干燥后即得到成品改性的碳电极D。步骤(3)中所述的导电剂为乙炔黑、石墨粉、碳纳米管或石墨烯的任意一种；所述的粘结剂为聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。更优化的，将步骤(5)中所述的混合物B用压片机在20MPa下压制后，60℃中真空干燥12小时，待冷却降温后取出，得到碳电极A。步骤(6)中所述的酸性溶液为硝酸、磷酸、硫酸、盐酸、双氧水溶液、醋酸、草酸等无机酸和有机酸溶液中的任意一种，质量浓度为0％至该种溶液可达到的最高浓度；碱性溶液为NaOH、KOH、FeSO4、MnSO4、AgNO3、Co+等溶液中的任意一种，质量浓度为0-60％；金属卤化物溶液为氯化锌、氯化镁、溴化锌等溶液中的任意一种，质量浓度为0％-60％。步骤(8)中的活化温度为150-450℃，活化压力为0.1-5MPa(表压)。步骤(7)及步骤(8)中，所述的惰性气体为氮气或者氩气。步骤(9)中所述的碳酸钠或碳酸氢钠溶液，其质量浓度范围为2％-10％。步骤(10)中所述的导电胶为炭系导电胶、银系导电胶、金系导电胶或者铜系导电胶的任意一种，所述的集流板为金属集流板或者碳集流板。本专利技术的有益效果：根据本专利技术提供的制备碳电极方法，制造所得的碳电极的比电容，比同条件下未液相加压改性的碳电极比电容增大50％～200％，10000次充放电后电容保持率提高3％-17％。且该方法操作简单，成本低廉，为碳电极材料的研发提供了新的思路。碳电极在压片过程中，活性炭的大量孔道因外力坍塌闭塞，导致比表面积减小。采取本专利技术中的技术方案，对碳电极在一定压力下的液相中完成活化改性，重新打开因外力而坍塌闭塞的孔道，并修复和丰富表面利于电荷吸附的官能团，提高电极润本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液相加压改性碳电极的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：/n(1)将活性炭过300目筛，干燥备用；/n(2)将活性炭纤维粉用纯水沸腾状态煮2-4小时，干燥备用；/n(3)按重量分数将步骤(1)中制得的活性炭75-80份、步骤(2)中制得的活性炭纤维粉5-10份、导电剂5-10份和粘结剂5-10份混合，再加入20-100份无水乙醇或氮甲基吡咯烷酮作为溶剂，边加热边搅拌直至溶剂完全挥发，得到混合物A，同时称取无水乙醇1-10份备用，；/n(4)在混合物A上滴入称取好的1-10份无水乙醇，得到混合物B；/n(5)将混合物B用压片机在15-30MPa下压制后，50-70℃中真空干燥6-18小时，待冷却降温后取出，得到碳电极A；/n(6)将纯水、酸性溶液、碱性溶液或金属卤化物溶液中的任意一种置于耐腐蚀高压反应釜中，并尽可能装满；/n(7)将碳电极A完全浸入高压反应釜的溶液中，并密闭反应釜；/n(8)启动反应釜进行加热，反应釜以稳定的速率升温，最终达到活化温度，同时依靠溶液的饱和蒸气压升高使得反应釜内的压力增加至一定的活化压力，如达不到规定压力，注入高压惰性气体使釜内压力增加至规定的活化压力，并维持高压反应釜内的压力保持1～24小时，然后缓慢降温至室温，泄压至常压，得到碳电极B；/n(9)将碳电极B用大量纯水冲洗，如步骤(6)中使用了强酸性溶液应先用低浓度碳酸钠或碳酸氢钠溶液冲洗，再用纯水冲洗，干燥后得到碳电极C；/n(10)将碳电极C黏贴到涂有导电胶的集流板上，再次干燥后即得到成品改性的碳电极D。/n...

【技术特征摘要】
1.一种液相加压改性碳电极的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
(1)将活性炭过300目筛，干燥备用；
(2)将活性炭纤维粉用纯水沸腾状态煮2-4小时，干燥备用；
(3)按重量分数将步骤(1)中制得的活性炭75-80份、步骤(2)中制得的活性炭纤维粉5-10份、导电剂5-10份和粘结剂5-10份混合，再加入20-100份无水乙醇或氮甲基吡咯烷酮作为溶剂，边加热边搅拌直至溶剂完全挥发，得到混合物A，同时称取无水乙醇1-10份备用，；
(4)在混合物A上滴入称取好的1-10份无水乙醇，得到混合物B；
(5)将混合物B用压片机在15-30MPa下压制后，50-70℃中真空干燥6-18小时，待冷却降温后取出，得到碳电极A；
(6)将纯水、酸性溶液、碱性溶液或金属卤化物溶液中的任意一种置于耐腐蚀高压反应釜中，并尽可能装满；
(7)将碳电极A完全浸入高压反应釜的溶液中，并密闭反应釜；
(8)启动反应釜进行加热，反应釜以稳定的速率升温，最终达到活化温度，同时依靠溶液的饱和蒸气压升高使得反应釜内的压力增加至一定的活化压力，如达不到规定压力，注入高压惰性气体使釜内压力增加至规定的活化压力，并维持高压反应釜内的压力保持1～24小时，然后缓慢降温至室温，泄压至常压，得到碳电极B；
(9)将碳电极B用大量纯水冲洗，如步骤(6)中使用了强酸性溶液应先用低浓度碳酸钠或碳酸氢钠溶液冲洗，再用纯水冲洗，干燥后得到碳电极C；
(10)将碳电极C黏贴到涂有导电胶的集流板上，再次干燥后即得到成品改性的碳电极D。


2.如权利要求1所述的一种液相加压改性碳电极的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的活性炭纤维粉规格为长2mm，直径7μm。


3.如权利要求1所述的一种液相加压改性碳电极的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的导电剂为乙炔黑、石墨粉、碳纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇刚，崔连胜，范新庄，司洪宇，王兵，梁晓辉，冯彬，农汉彪，董统喜，杨黎军，
申请(专利权)人：百色学院，
类型：发明
国别省市：广西;45