本發(fā)明涉及片狀活性炭材料的技術領域。更具體地，涉及一種片狀活性炭材料及其制備方法和應用。

背景技術：

活性炭(activatedcarbon，ac)，是一種多孔碳材料，因其具有較大的比表面積(500～3000m²/g)，且原料來源廣，機械強度高，安全易再生，穩(wěn)定性較好，廣泛應用于載體、環(huán)保、醫(yī)藥等領域，是一種優(yōu)良的電極材料和吸附材料。

活性炭的生產包括活化和炭化兩個過程，目前通過傳統方法制備的活性炭為微球或者顆粒狀。公開號為cn103769047a的中國發(fā)明專利公開了一種片狀活性炭和顆粒狀活性碳粘結而成的成型活性炭，提高了成型活性炭的均勻度與吸附能力，但得到的成型活性炭也是不是片狀的。純片狀活性炭材料還未有報道。所以開發(fā)這一新型的活性炭材料將有很多新的應用空間。近年來，活性炭材料因其來源豐富、成本低廉、有發(fā)達的孔結構和較大的比表面積及具有良好的充放電穩(wěn)定性，已經作為電容器的首選。

技術實現要素：

本發(fā)明的第一個目的在于提供一種片狀活性炭材料，該片狀活性炭材料的微觀形貌為片狀，粒徑大小可調控，粒徑橫向尺寸可調控范圍為0.1-50微米，粒徑厚度可調控范圍為0.05-2微米。

本發(fā)明的第二個目的在于提供一種片狀活性炭材料的制備方法，該制備方法簡單易得，制備時間短、成本低且使用的原料片狀纖維素的獲得方法簡單。

本發(fā)明的第三個目的在于提供一種片狀活性炭材料的應用，將片狀的活性炭材料用作電極材料，使得得到的雙電層電容器(超級電容器)具有優(yōu)異的電學性能。

為達到上述第一個目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種片狀活性炭材料，所述片狀活性炭材料的粒徑橫向尺寸為0.1-50微 米，粒徑厚度為0.05-2微米。

進一步地，所述片狀活性炭材料的粒徑橫向尺寸為0.1-10微米。

為達到上述第二個目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種片狀活性炭材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

將片狀纖維素與活化劑水溶液按固體質量比1：1-1：5混合均勻，干燥后，在n2氣氛下，在650-900℃的溫度下反應0.5-4h；將反應產物冷卻，用5wt％-15wt％的hcl酸洗，浸漬處理10-20min，再用去離子水洗滌至中性，過濾，干燥，得到片狀活性炭材料。

優(yōu)選地，所述片狀纖維素可選自天然纖維素或再生纖維素；

進一步地，所述天然纖維素選自天然草本植物或天然木本植物；所述再生纖維素選自粘膠纖維、銅氨纖維、天絲或堿尿素溶液纖維中的一種或幾種。

優(yōu)選地，所述活化劑選自氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鉀、磷酸或氯化鋅中的一種或幾種。

優(yōu)選地，所述反應是在管式爐或電阻爐中進行。

參照公開號為cn104974357a的發(fā)明專利的制備方法，本發(fā)明的片狀活性炭材料的制備方法中，選用的片狀纖維素的制備方法為：

1)將纖維素材料和固態(tài)高分子研磨材料混合研磨；經研磨，纖維素微觀形貌呈片狀，得到片狀纖維素材料；

2)將步驟1)得到的片狀纖維素材料與固態(tài)高分子研磨材料分離，得到片狀纖維素。

其中：

步驟1)所述的混合為固態(tài)高分子研磨材料與纖維素原料按一定重量比混合，所述研磨在球磨機或研磨儀中進行，所述研磨速度為200-500rpm，研磨時間為2-30h。

步驟1)所述固態(tài)高分子研磨材料選自聚烯烴及其衍生物、共聚物，優(yōu)選地，所述固態(tài)高分子研磨材料選自聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、聚苯乙烯(ps)、聚丙烯腈、聚甲醛、環(huán)氧樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚丁二酸丁二醇酯(pbs)、聚碳酸酯(pc)、聚ε-己內酯(pcl)、聚乳酸(pla)、聚酰胺、尼龍1010、聚砜、酚醛塑料、硅橡膠和氟代烷基硅烷(fas)中的一種或多種。

步驟1)中所述的纖維素材料選自天然纖維素或再生纖維素，所述天然纖維素選自天然草本植物或天然木本植物，所述再生纖維素選自粘膠纖維、銅氨纖 維、天絲和堿尿素溶液纖維中的一種或幾種。

步驟2)所述將片狀纖維素材料與固態(tài)高分子研磨材料分離指用篩網將研磨后的纖維素和固態(tài)高分子研磨材料分離，并使所述的片狀纖維素的粒徑為0.1-50微米。

為達到上述第三個目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

本發(fā)明還保護片狀活性炭材料在雙電層電容器電極材料中的應用。

進一步地，當電流密度為1a/g時，所述雙電層電容器的質量比容量可達為220-310f/g。

本發(fā)明中片狀活性炭材料在雙電層電容器電極材料中的應用方法為：

將片狀活性炭材料與導電劑、粘結劑按照比例超聲分散均勻，再均勻的涂覆在泡沫鎳上，烘干后壓片得到雙電層電容器片狀活性炭電極片。

其中，導電劑，粘結劑的種類和形態(tài)、混合比例，本領域技術人員可根據經驗掌握。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明首次提出了片狀的活性炭材料，并提供了該片狀活性炭材料的制備方法，通過將片狀纖維素活化和一步高溫碳化，得到了片狀活性炭材料，該制備方法簡單易實施，且成本低。同時，該片狀活性炭材料的粒徑尺寸可控，將其應用在雙電層電容器中作為電極材料，當電流密度為1a/g時，雙電層電容器的質量比容量達到220-310f/g，且片狀活性炭是一種新的形貌的活性炭材料，存在很多潛在的應用。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1示出實施例1的片狀活性炭材料的sem圖。

圖2示出實施例2的片狀活性炭材料的sem圖。

圖3示出實施例3的片狀活性炭材料的sem圖。

圖4示出實施例9對應的充放電曲線。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制 本發(fā)明的保護范圍。

實施例1

將橫向尺寸為10-20微米左右的片狀纖維素與koh水溶液按照固體質量比1:1混合均勻，干燥后置于馬弗爐中活化，n2氣氛下活化溫度為700℃，活化時間為0.5h；將制備的片狀活性炭粗品用10wt％的hcl進行酸洗，浸漬處理10-20min；最后用去離子水洗滌至ph值為中性為止，過濾，干燥，即得到片狀活性炭材料。圖1為實施例1的片狀活性炭材料的sem圖，可以看到顆粒為片狀，橫向尺寸為1-10微米。afm測試表明片狀活性炭材料的厚度為0.1-1微米。

實施例2

將橫向尺寸為50-100微米左右片狀纖維素與koh水溶液按照固體質量比1:1混合均勻，干燥后置于馬弗爐中活化，n2氣氛下活化溫度為700℃，活化時間為0.5h；將制備的片狀活性炭粗品用10wt％的hcl進行酸洗，浸漬處理10-20min；最后用去離子水洗滌至ph值為中性為止。圖2為實施例2的片狀活性炭材料的sem圖，可以看到顆粒為片狀，橫向尺寸為30-50微米。afm測試表明片狀活性炭材料的厚度為0.5-2微米。

實施例3

將橫向尺寸為1-5微米左右片狀纖維素與koh水溶液按照固體質量比1：1混合均勻，干燥后置于馬弗爐中活化，n2氣氛下活化溫度為700℃，活化時間為0.5h；將制備的片狀活性炭粗品用10wt％的hcl進行酸洗，浸漬處理10-20min；最后用去離子水洗滌至ph值為中性為止。圖3為實施例3的片狀活性炭材料的sem圖，可以看到顆粒為片狀，橫向尺寸為0.1-3微米。afm測試表明片狀活性炭材料的厚度為0.05-0.5微米。

實施例4

將橫向尺寸為10-20微米左右的片狀纖維素與koh水溶液按照固體質量比1:2.5混合均勻，按照實施例1的方法也制備得到了片狀活性炭材料，所得片狀活性炭材料的橫向尺寸為1-5微米，厚度為0.1-1微米。

實施例5

將橫向尺寸為10-20微米左右的片狀纖維素與koh水溶液按照固體質量比1:5混合均勻，按照實施例1的方法也制備得到了片狀活性炭材料。

實施例6

重復實施例1，區(qū)別在于，將活化溫度從700℃分別改為650℃、900℃， 其余條件不變，制備得到片狀活性炭材料，形態(tài)、尺寸與實施例1中所得片狀活性炭材料相近。

實施例7

重復實施例1，區(qū)別在于，將koh分別改為氫氧化鈉、碳酸鉀、磷酸、氯化鋅，其余條件不變，制備得到片狀活性炭材料，形態(tài)、尺寸與實施例1中所得片狀活性炭材料相近。

實施例8

將實施例1得到的片狀活性炭材料，與乙炔黑，粘結劑按照質量比8:1:1超聲混合均勻，均勻的涂覆在集流體泡沫鎳上，在60～120℃下烘干，用粉末壓片機在10mpa下保壓30s，得到超級電容器片狀活性炭電極片，并進而制成扣式超級電容器考察其電化學性能。當電流密度為1a/g時，其質量比容量最大可達250f/g。

實施例9

將實施例3得到的片狀活性炭材料，與乙炔黑，粘結劑按照質量比8:1:1超聲混合均勻，均勻的涂覆在集流體泡沫鎳上，在60～120℃下烘干，用粉末壓片機在10mpa下保壓30s，得到超級電容器片狀活性炭電極片，并進而制成扣式超級電容器考察其電化學性能。圖4為對應充放電曲線，可見當電流密度為1a/g時，其質量比容量最大可達310f/g。

實施例10

將實施例4得到的片狀活性炭材料，與乙炔黑，粘結劑按照質量比8:1:1超聲混合均勻，均勻的涂覆在集流體泡沫鎳上，在60～120℃下烘干，用粉末壓片機在10mpa下保壓30s，得到超級電容器片狀活性炭電極片，并進而制成扣式超級電容器考察其電化學性能。當電流密度為1a/g時，其質量比容量最大可達260f/g。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。