专利名称：具有高比电容的成型活性炭电极的制备方法
所属领域本发明属于一种制备电极的方法，具体涉及一种以高比表面积活性炭、过渡金属化合物和酚醛树脂为原料制备具有高比电容电极的方法。
双电层电容器目前主要用作计算机(微处理机及电脑)的备用电源和辅助电源，或和电池并联改善其温度特性，因其容量很大；能瞬时输出大电流，可直接控制继电器等。利用它的反复充放电特性，可制成简易定时器。它在超低频电路中还可作为延迟元件，还可作为各种信号灯、闪光灯、电子玩具、气体打火机、太阳能钟表等的电源。
双电层电容器技术无论是作为一种后备电源还是对于功率应用来说都日益引起人们的重视。选择合适的电极材料是双电层电容器技术得以大规模应用的重要前提。活性炭(纤维、纤维布等)材料由于具有比表面积高，孔结构分布适宜、价格便宜等优点，一直是制造双电层电容器电极的首选材料。目前用得较多的电极材料是活性炭和活性炭纤维布，普通活性炭的比电容一般在150F/g以下，能量密度小于3Wh/Kg。高比表面积活性炭的比表面积在3000m2/g以上，储存能量多，但相应价格较高。另外，高比表面积活性炭活化程度非常剧烈，含有大量的微孔，密度较小，炭颗粒之间的导电性不好，需要添加石墨等增大炭电极的导电能力，并且在充放电时需加压以便增加粉末间的导电性，在一定程度上影响了活性炭电极的能量密度和功率密度。
如上所述的高比表面积粉状炭的制备方法是以石油焦或沥青焦为原料，以KOH为活化剂，在700～1000℃活化0.5～2.0hr制得的。具体制备方法见《新型炭材料》2000，4，p18本发明所用无机金属盐为Mn(NO3)2、Co(NO3)2。
如上所述的线性酚醛树脂是软化点75℃的线性酚醛树脂。
本发明是采用添加固化酚醛树脂的成型方法，提高了负载金属高比表面积活性炭的装填密度和炭化收率，并且负载过渡金属提高了活性炭的比电容，降低了活性炭内部电阻。该方法制得的活性型炭电极炭化收率达到60～80％，比电容高达200～265F/g。
具体实施例方式对比例取比表面积为3000m2/g的粒度小于50m的活性炭，添加酚醛树脂作为粘结剂，以1∶1(重量比)的比例混合均匀，在120℃、10MPa下压制10min成型，即压制成厚约1mm的电极。然后将电极进行高温炭化电极在惰性气体保护下以5.0℃/min的升温速率均匀升温，并在200℃和400℃时分别恒温一小时，然后升温至700和900℃炭化1hr。活性型炭电极的收率分别为72.7％和62.2％，比电容分别为217F/g和175F/g。
实施例1取比表面积为3000m2/g的粒度小于50m的活性炭在0.5wt％的Mn(NO3)2溶液中浸渍24小时，过滤，在氮气保护下于120℃干燥，干燥后再进行500℃热处理2小时，得到负载金属活性炭。将线型酚醛树脂、六次甲基四胺和甲醇以100∶8∶200重量比于55℃下均匀混合120分钟，然后减压去除甲醇，得到固态混合物；将固态混合物研磨至粒度＜50m。将负载金属活性炭与固态混合物以1∶1(重量比)的比例混合均匀，在150℃、5MPa下压制10min成型，即压制成厚1mm的电极。然后将电极进行高温炭化电极在惰性气体保护下以5.0℃/min的升温速率均匀升温，并在200℃和400℃时分别恒温一小时，然后升温至700和850℃炭化1hr。活性型炭电极的收率分别为73.3％和65.5％，比电容分别为219F/g和206F/g。
实施例2取比表面积为3200m2/g的粉状活性炭在0.8wt％的Mn(NO3)2溶液中浸渍48小时，过滤，在氮气保护下于120℃干燥，干燥后再进行550℃热处理1.5小时，得到负载金属活性炭。将线型酚醛树脂、六次甲基四胺和甲醇以100∶12.6∶200重量比于55-60℃下均匀混合120分钟，然后减压去除甲醇，得到固态混合物；将固态混合物研磨至粒度＜50μm。将负载金属活性炭与固态混合物以1∶0.66(重量比)的比例混合均匀，在130℃、20MPa下压制10min成型，即压制成厚0.5mm的电极。然后将电极进行高温炭化圆片状电极在惰性气体保护下以7.0℃/min的升温速率均匀升温，并在200℃和400℃时分别恒温一小时，然后升温至700和900℃炭化1hr。活性型炭电极的收率分别为80.1％和72.3％，比电容分别为246F/g和239F/g。
实施例3取比表面积为3300m2/g的粉状活性炭在1wt％的Mn(NO3)2溶液中浸渍40小时，过滤，在氮气保护下于120℃干燥，干燥后再进行600℃热处理1小时，得到负载金属活性炭。将线型酚醛树脂、六次甲基四胺和甲醇以100∶15∶150重量比于55-60℃下均匀混合100分钟，然后减压去除甲醇，得到固态混合物；将固态混合物研磨至粒度＜50μm。将负载金属活性炭与固态混合物以1∶0.66(重量比)的比例混合均匀，在180℃、5MPa下压制10min成型，即压制成厚0.7mm的电极。然后将电极进行高温炭化电极在惰性气体保护下以5.0℃/min的升温速率均匀升温，并在200℃和400℃时分别恒温一小时，然后升温至800和900℃炭化2hr。活性型炭电极的收率分别为78.3％和71.4％，比电容分别为265F/g和256F/g。
实施例4取比表面积为3000m2/g的粉状活性炭在1.5wt％的Co(NO3)2溶液中浸渍30小时，过滤，在氮气保护下于100℃干燥，干燥后再进行500℃热处理2小时，得到负载金属活性炭。将线型酚醛树脂、六次甲基四胺和甲醇以100∶12∶200重量比于55-60℃下均匀混合60分钟，然后减压去除甲醇，得到固态混合物；将固态混合物研磨至粒度＜50μm。将负载金属活性炭与固态混合物以1∶0.66(重量比)的比例混合均匀，在150℃、10MPa下压制10min成型，即压制成厚约1mm的电极。然后将电极进行高温炭化电极在惰性气体保护下以10.0℃/min的升温速率均匀升温，并在200℃和400℃时分别恒温一小时，然后升温至700和800℃炭化3hr。活性型炭电极的收率分别为74.3％和69.4％，比电容分别为256F/g和245F/g。
实施例5取比表面积为3000m2/g的粉状活性炭在1.7wt％的Mn(NO3)2溶液中浸渍35小时，过滤，在氮气保护下于120℃干燥，干燥后再进行500℃热处理2小时，得到负载金属活性炭。将线型酚醛树脂、六次甲基四胺和甲醇以100∶14∶150重量比于55-60℃下均匀混合120分钟，然后减压去除甲醇，得到固态混合物；将固态混合物研磨至粒度＜50m。将负载金属活性炭与固态混合物以1∶0.8(重量比)的比例混合均匀，在150℃、20MPa下压制10min成型，即压制成厚约0.9mm的电极。然后将电极进行高温炭化电极在惰性气体保护下以5.0℃/min的升温速率均匀升温，并在200℃和400℃时分别恒温一小时，然后升温至700和900℃炭化1hr。活性型炭电极的收率分别为73.3％和65.4％，比电容分别为235F/g和216F/g。
实施例6取比表面积为3000m2/g的粉状活性炭在2wt％的Co(NO3)2溶液中浸渍48小时，过滤，在氮气保护下于110℃干燥，干燥后再进行500℃热处理2小时，得到负载金属活性炭。将线型酚醛树脂、六次甲基四胺和甲醇以100∶8∶100重量比于55-60℃下均匀混合120分钟，然后减压去除甲醇，得到固态混合物；将固态混合物研磨至粒度＜50m。将负载金属活性炭与固态混合物以1∶0.7(重量比)的比例混合均匀，在120℃、5MPa下压制10min成型，即压制成厚约0.3mm的电极。然后将电极进行高温炭化电极在惰性气体保护下以5.0℃/min的升温速率均匀升温，并在200℃和400℃时分别恒温一小时，然后升温至750和900℃炭化1hr。活性型炭电极的收率分别为72.2％和63.4％，比电容分别为230F/g和210F/g。
权利要求
1.一种负载金属高比表面积活性型炭的制备方法，它是以负载Mn、Co金属离子的比表面积＞3000m2/g粉状活性炭与粘结剂以1∶0.66～1(重量比)的比例混合，在120-150℃、10MPa下压制10min成型，然后在700～900℃高温炭化，制得负载金属高比表面积成型活性炭电极。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是将粉状活性炭与粘结剂以1∶0.66～1(重量比)的比例混合，在120-150℃、5-20MPa下压制10min成型，然后高温炭化。
3.如权利要求2所述的方法，其特征是所用粘结剂为酚醛树脂与六次甲基四胺的混合物，其比例为100∶8-15。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是负载金属为Mn、Co的化合物。
全文摘要
本发明提供了一种制备高比表面积型炭的方法。该方法是它是以负载Mn、Co金属离子的比表面积＞3000m
文档编号H01G9/058GK1402280SQ0213006
公开日2003年3月12日 申请日期2002年8月19日 优先权日2002年8月19日
发明者凌立成, 孟庆函, 张睿, 李开喜, 吕春祥 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所