一種超級(jí)活性炭的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超級(jí)活性炭的制備方法，屬于化學(xué)工程領(lǐng)域。用于電動(dòng)車、電動(dòng)工具、脈沖發(fā)射等領(lǐng)域的電池和電容器。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類社會(huì)生存發(fā)展的基礎(chǔ)，從天然礦藏能源到電能的利用代表了科技發(fā)展的歷程。近代，特別是上一世紀(jì)人類社會(huì)的飛速發(fā)展，使得人類資源消耗量急劇增加，致使以石油為主的傳統(tǒng)化石能源日趨緊張，且造成大氣污染越發(fā)嚴(yán)重，尋求可持續(xù)發(fā)展的途徑、保護(hù)自然資源和自然環(huán)境成為21世紀(jì)的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。電能已經(jīng)成為人類社會(huì)不可或缺的一種潔凈的能源，任何其它資源利用一般都必須使用電能，電能的儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)化、輸送都用到電池/電容技術(shù)。
[0003]電動(dòng)汽車(包括純電動(dòng)車和混合電動(dòng)車HEV)無(wú)污染、使用成本低且有望調(diào)諧電網(wǎng)系統(tǒng)夜間的谷電，成為目前的研究熱點(diǎn)和未來(lái)交通工具的發(fā)展趨勢(shì)。鉛蓄電池因其原料資源豐富、價(jià)格低廉、制備、維護(hù)工藝成熟和安全性好等特點(diǎn)，在電動(dòng)車上有較好的應(yīng)用前景，但目前其比功率低、循環(huán)壽命短的缺點(diǎn)制約了其在電動(dòng)車上的應(yīng)用。超級(jí)電容器(Supercapacitors)是性能介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種新型儲(chǔ)能裝置,其比能量是傳統(tǒng)電容器的20?200倍，比功率一般大于1000W/kg,高于一般二次電池,循環(huán)壽命(>15次)也優(yōu)于電池，還具有能瞬間大電流充放電、工作溫度范圍寬、安全、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，因而具有在電動(dòng)汽車上的潛在應(yīng)用前景。但是，迄今為止，電化學(xué)電容器的比能量還是低于二次電池，制約了其在電動(dòng)車上的應(yīng)用。
[0004]活性炭不但是超級(jí)電容器最主要的電極材料，也是鋰離子電池和先進(jìn)鉛酸電池的電極添加劑?；钚蕴勘仨毻瑫r(shí)具備高比表面、高電導(dǎo)率和高孔容三個(gè)方面的性能，才能確保電池或超級(jí)電容器具有好的性能。然而，高比表面的活性炭一般電導(dǎo)率較低，難以滿足超級(jí)電容器和各種電池要求。
[0005]目前增強(qiáng)活性炭導(dǎo)電性方法多是通過(guò)高溫(ΙΟΟΟ?以上)熱處理，使得活性炭石墨層結(jié)構(gòu)更加完整進(jìn)而導(dǎo)電性提高。但是，這種方法不但耗能且效果不佳。
[0006]我們前期實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，在高能球磨的作用下，石墨的片層結(jié)構(gòu)能逐層剝落。將高比表面活性炭與石墨通過(guò)高能球磨混合，剝落下來(lái)的石墨片層能夠部分貼在活性炭顆粒表面，使得活性炭電導(dǎo)率提高，滿足超級(jí)電容器和各種電池的要求。需注意的是，應(yīng)用球磨的方法將石墨片層與活性炭結(jié)合，石墨的相對(duì)含量不宜過(guò)多，否則會(huì)使產(chǎn)物的比表面積嚴(yán)重降低，性能不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為一種高導(dǎo)電活性炭的制備方法，其主要內(nèi)容是采用高能球磨將高比表面活性炭和石墨材料混合，利用球磨中剝落的石墨片層對(duì)活性炭進(jìn)行包覆，提高活性炭導(dǎo)電性，使其能夠滿足鋰離子電池、鉛酸電池和超級(jí)電容器對(duì)高導(dǎo)電性活性炭的需求。
[0008]本發(fā)明的一種超級(jí)活性炭的制備方法步驟如下:用活性炭和石墨為原料，按活性炭質(zhì)量比40?95%、石墨質(zhì)量比5?60%混合，采用轉(zhuǎn)速為350?800轉(zhuǎn)/分鐘的球磨將原料混合10?600分鐘制備，活性炭比表面積1200?3500m2/g，孔容0.5?2.2cm3/g,粒徑I?500 μ m ;石墨為天然石墨或人造石墨,石墨粒徑I?500 μ m,雜質(zhì)含量不超過(guò)0.01 %。
[0009]本發(fā)明提供的制備方法優(yōu)點(diǎn)在于:在高能球磨的作用下，石墨的片層結(jié)構(gòu)能逐層剝落。將高比表面活性炭與石墨通過(guò)高能球磨混合，剝落下來(lái)的石墨片層能夠部分貼在活性炭顆粒表面，使得活性炭電導(dǎo)率提高。該方法制得超級(jí)活性炭具有高比表面、高電導(dǎo)率的特點(diǎn)，能使得超級(jí)電容器、鋰離子電池和鉛酸電池電池具有大功率、長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0010]實(shí)例I
[0011]取比表面2850m2/g的活性炭15g,其平均粒徑44 μ m,商品天然石墨5g,其平均粒徑，將兩種材料與48個(gè)不銹鋼球磨珠子混合,放入不銹鋼球磨罐。球磨在500轉(zhuǎn)/分鐘的速率下工作240分鐘，得到高電導(dǎo)率超級(jí)活性炭產(chǎn)物。使用該方法制備出活性炭的鉛蓄電池比功率達(dá)554W/kg，循環(huán)壽命達(dá)641次。
[0012]實(shí)例2
[0013]取比表面2500m2/g活性炭12g,其平均粒徑32 μ m,商品人造石墨3g,其平均粒徑15 μ m,將兩種材料與36個(gè)不銹鋼球磨珠子混合,放入不銹鋼球磨罐。球磨在800轉(zhuǎn)/分鐘的速率下工作60分鐘，得到高電導(dǎo)率超級(jí)活性炭產(chǎn)物。使用該方法制備出活性炭的鉛蓄電池比功率達(dá)613W/kg，循環(huán)壽命達(dá)558次。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超級(jí)活性炭的制備方法，其特征在于該制備方法步驟如下:用活性炭和石墨為原料，按活性炭質(zhì)量比40?95%、石墨質(zhì)量比5?60%混合，采用轉(zhuǎn)速為350?800轉(zhuǎn)/分鐘的球磨將原料混合10?600分鐘制備而得；活性炭比表面積1200?3500m2/g，孔容.0.5?2.2cm3/g?粒徑I?500 μ m ;石墨為天然石墨或人造石墨,粒徑I?500 μ m,雜質(zhì)含量不超過(guò)0.01 %。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超級(jí)活性炭的制備方法，采用高能球磨將高比表面活性炭和石墨材料混合制備高導(dǎo)電超級(jí)活性炭。采用球磨中剝落的石墨片層對(duì)活性炭進(jìn)行包覆，提高活性炭導(dǎo)電性，使其能夠滿足鋰離子電池、鉛酸電池和超級(jí)電容器對(duì)高導(dǎo)電性活性炭的需求。該材料用于疊層式或卷繞式鉛炭電池，使鉛炭電池具有優(yōu)良的脈沖響應(yīng)性能，能提高鉛蓄電池的功率密度和循環(huán)使用壽命；也可應(yīng)用于電動(dòng)車、電動(dòng)工具、脈沖發(fā)射等領(lǐng)域的鉛蓄電池。
【IPC分類】B01J20-28, B01J20-20, B01J20-30
【公開號(hào)】CN104624152
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310562735
【發(fā)明人】張 浩, 張文峰, 曹高萍, 楊裕生
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍63971部隊(duì)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2013年11月14日