一种活性中间相炭微球的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种活性中间相炭微球的制备方法，首先对中间相炭微球进行预处理，包括对其进行插层扩容，将更多的活化剂引入中间相炭微球内部，然后通过热处理除去其中的挥发组分，降低活化剂用量；其次在活化阶段，除了将碱性物质作为活化剂以外，还加入含有过渡金属离子的催化剂，从而提高活化效率及活化效果；最后在活化阶段采用程序升温和分段反应，在第一段升温期间使氢氧根离子与碳反应形成

【技术实现步骤摘要】
一种活性中间相炭微球的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及电容器电极材料
，具体涉及一种活性中间相炭微球的制备方法，及其该中间相炭微球在不同领域的应用。

技术介绍

[0002]伴随着全球工业化进程的不断提速，世界人口不断增长，传统化石能源被不可逆消耗，带来了严重的环境污染问题。全球温度变暖，海平面上升等问题一年比一年严重，急需寻找可替代的可再生能源。风能、太阳能、核能、生物能等环境友好型能源的出现为全球的能源问题带来了福音，但能源的供给受限于自然环境，因此开发清洁的可再生能源和便携的能量储存装置来解决当下的能源问题是重中之重。
[0003]超级电容器具备功率密度高，充/放电速度快，循环寿命长以及工作温度范围广等优点，在电子通讯、电力交通系统和航空航天等领域已得到广泛应用。超级电容器根据储能机制可以分为双电层超级电容器和法拉第赝电容器，双电层超级电容器主要通过电解液离子进行物理静电吸/脱附进行储能，电极材料多为碳材料，由于电极材料对电容器的电化学性能起决定性作用，因此对其选材和性能改善一直是科研的热点。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一目的在于提供一种活性中间相炭微球的制备方法，得到的中间相炭微球具有中孔率高、强度系数高、膨胀系数低的特点。
[0006]本专利技术的第二目的在于提供上述方法制备得到的活性中间相炭微球在储能、催化、吸附材料等领域的应用。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：r/>[0008]本专利技术涉及一种活性中间相炭微球的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0009](1)对中间相炭微球进行预处理；
[0010]优选地，所述中间相炭微球是沥青类化合物进行热处理时，发生热缩聚反应生成具有各向异性的中间相小球体，把中间相小球从沥青母体中分离出来形成的微米级球形碳材料。中间相炭微球是一种新型碳材料，主要用于高端锂电负极材料。本专利技术使用的中间相炭微球具有以下理化参数：粒径D50为15～35μm，挥发分＜10％，灰分为0.1～0.4％，甲苯不溶物＞95％，喹啉不溶物为95～98％。
[0011]优选地，所述预处理包括：将中间相炭微球依次进行氧化插层、粉碎和加热；
[0012]优选地，所述氧化插层包括将中间相炭微球在浓硫酸中进行浸渍，然后加入双氧水。该工艺的目的是基于球形中间相炭微球结构稳定，活化剂及催化剂难以进入材料内部，从而传统的“碱活化工艺”需要采用过量的活化剂及更长的反应时间；本预处理工艺将球形中间相炭微球打开形成氧化插层，使得中间相炭微球形成可容纳活化剂进入的通道。
[0013]优选地，氧化插层完成后，将上述氧化插层材料清洗后粉碎至50～400目，然后在
100～400℃下加热1～8小时。粉碎目的在于提高材料与活化剂及催化剂的接触面积，使活化剂渗入材料晶格之中；加热目的在于去掉中间相炭微球中的挥发分，降低活化剂用量，提高活化效率。
[0014]优选地，采用氧化插层工艺中的浓硫酸浓度为2～18mol/L，浓硫酸质量为中间相炭微球质量的10～1000倍；双氧水浓度为0.10～9.79mol/L，双氧水质量为中间相炭微球质量的0.1～2倍；浸渍时间为2h。
[0015]优选地，采用砂磨或球磨工艺进行粉碎，砂磨或球磨的转速为50～500rpm，时间为0.5～20h。
[0016](2)向所述预处理后的中间相炭微球中加入碱性物质，在加热条件下进行活化；
[0017]优选地，所述碱性物质作为活化剂，选自碳酸钾、氢氧化钾、碳酸氢钾、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠中的一种或多种。
[0018]优选地，所述中间相炭微球与碱性物质的质量比为5:1～1:5。
[0019]优选地，将所述预处理后的中间相炭微球与碱性物质混合后进行研磨，研磨时间为0.5～2小时，然后进行活化。
[0020]优选地，所述活化过程中加入催化剂，所述催化剂为过渡金属特别是钴或镍的碳酸盐、硝酸盐或氯化物，如碳酸钴、硝酸钴、氯化钴、碳酸镍、硝酸镍、氯化镍。优选所述催化剂与所述预处理中间相炭微球的质量比为(0.01～0.1):1。催化剂的作用是使过渡金属离子在高温下进入石墨层间隙，提高晶格尺寸易于活化剂渗入进行活化反应，从而提高活化效率及活化效果。
[0021]优选地，所述加热采用分段程序升温工艺。其中第一段升温：0～200℃下升温速率为1～5℃/min，第二段升温：200～600℃下升温速率为3～20℃/min，第三段升温：600～1000℃下升温速率为1～20℃/min，升温至600～1000℃后活化3～6h。这一过程为程序升温和分段反应，程序升温的目的在于控制反应发生的速率；分段反应过程中第一段升温，活化剂进一步渗入中间相炭微球晶格中，催化剂进入中间相炭微球晶格的过程不断增大晶格尺寸促进了活化剂与中间相炭微球的预反应；第二段升温，活化剂中的氢氧根离子与碳反应形成
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C
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OH结构，并随着继续升温，在第三段升温期间
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OH逐渐离去，形成多孔结构。该工艺可提高反应效率，达到高效节能的目的。
[0022](3)对所述活化后的中间相炭微球进行清洗和干燥；
[0023]优选地，所述清洗包括：对所述活化后的中间相炭微球采用去离子水清洗5～6次，然后采用0.1～2mol/L浓度的盐酸清洗2～4次，再采用去离子水清洗5～6次。
[0024]优选地，所述干燥包括：将清洗后的中间相炭微球置于干燥箱中，干燥温度为50～150℃，时间为0.5～5h。
[0025]本专利技术还涉及所述中间相炭微球在储能、催化、吸附材料领域的应用。
[0026]本专利技术的有益效果：
[0027]本专利技术提供了一种活性中间相炭微球的制备方法，所述方法首先对中间相炭微球进行预处理，包括对其进行插层扩容，将更多的活化剂引入中间相炭微球内部，然后通过热处理除去其中的挥发组分，降低活化剂用量；
[0028]其次在活化阶段，除了将碱性物质作为活化剂以外，还加入含有过渡金属离子的催化剂，使活化剂更易渗入中间相炭微球进行活化反应，从而提高活化效率及活化效果；
[0029]最后在活化阶段采用程序升温和分段反应，在第一段升温期间使氢氧根离子与碳反应形成
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C
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OH结构，并随着继续升温，在第二段升温期间
‑
OH逐渐离去，形成多孔结构。该工艺可提高反应效率，达到高效节能的目的。
[0030]上述方法得到的中间相炭微球的比表面积可达3371.3m2/g，且相比活性炭材料具有中孔率高、强度系数高、膨胀系数低的特点。比电容量可达840F/g，而相比对传统多孔碳材料，活性中间相炭微球具有更好的体积密度，广泛的适用于储能、催化、吸附材料等领域。
附图说明
[0031]图1为对比例1未活化的中间相炭微球的扫描电镜照片。
[0032]图2为实施例1活化后的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活性中间相炭微球的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)对中间相炭微球进行预处理，包括将所述中间相炭微球依次进行氧化插层、粉碎和加热；(2)向所述预处理后的中间相炭微球中加入碱性物质，在加热条件下进行活化；(3)对所述活化后的中间相炭微球进行清洗和干燥，得到所述活性中间相炭微球。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述中间相炭微球具有以下理化参数：粒径D50为15～35μm，挥发分＜10％，灰分为0.1～0.4％，甲苯不溶物＞95％，喹啉不溶物为95～98％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化插层包括将所述中间相炭微球在浓硫酸中进行浸渍，然后加入双氧水。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，氧化插层完成后，将得到的氧化插层材料清洗后粉碎至50～400目，然后在100～400℃下加热1～8小时。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碱性物质选自碳酸钾、氢氧化钾、碳酸氢钾、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠中的一种或多种；和/或，所述中间相炭微球与碱性物质的质量比为5:1～1:5。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志涛，
申请(专利权)人：宝泰隆新材料股份有限公司北京技术研发中心，
类型：发明
国别省市：