专利名称：一种超高储能电碳材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及活性炭的制备领域，具体地说是一种电能储量大、比表面积高的超高储能电碳材料的制备方法。
背景技术：
活性炭具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，自古以来就在医药、食品等方面得到了应用。随后，它作为优质的吸附剂和催化剂载体在工业、国防、农业、医药卫生、环保及能源等领域也得到了广泛应用。但由于常规活性炭的比表面积和吸附性能低，还不能满足日益发展的环保、能源、天然气及氢气的高效储能介质以及高科技等领域的需求，尤其是目前高速发展的高能汽车电池、超能电容器的制造过程中，需要大量的储能电碳材料，目前制备工艺生产出的储能电碳材料的电能储量及比表面积等参数还无法达到高能汽车电池、超能电容器的发展需要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种电能储量大、比表面积高的超高储能电碳材料的制备方法。本发明的目的是通过以下技术方案解决的:
一种超高储能电碳材料的制备方法，其特征在于所述的制备方法按下述步骤进行:
(1)将酚醛树脂、高软化点浙青或两者的混合物与固化剂按重量比100:3-8的比例加入至高速破碎机中进行破碎成100-325目的粉料； (2)将增塑剂和细粉料一起 加入高速混合机进行混合，混合均匀后出料输入双螺杆挤出机进行挤出造粒；
(3)将收集到的粒料输入至碳化活化炉内进行碳化活化，然后以2-5°C/min的升温速率将炉温升温至300°C _350°C后通入氮气保持恒温1.5-2小时，接着以2_5°C /min的升温速率将炉温升温至600°C _650°C后保持恒温1.5-2小时，关闭氮气后通入复合活化剂，接着继续以2-5°C /min的升温速率将炉温升温至900°C -1000°C后保持恒温2_5小时，碳化活化结束后将炉温冷却至700°C -750°C后停止通入复合活化剂，然后通入氮气保护继续冷却至常温出料；
(4)将碳化活化后的碳料加入酸溶液后通入蒸汽进行煮洗0.5-1小时；
(5)将酸洗后的碳料放入去离子水后通入蒸汽进行煮洗5-10次将ph值调节为6.5-8 ；
(6)将去离子水煮洗后的碳料输入烘干机中烘干2-10小时，烘干机在氮气环境下冷却至常温出料，将烘干料输入气流破碎机中破碎即可得所需粒径的微粉状超高储能电碳材料。所述步骤(I)中的固化剂为乌洛托品。所述步骤(2)中的增塑剂为纤维素、氯化聚乙烯中的一种或两种，所述增塑剂的重量为酹醒树脂、高软化点浙青或两者的混合物的重量的5-15%。
所述步骤(2)中的挤出机参数为:内温60-250°C、背压2-16 MPa、模头孔径1-5mm。所述步骤(3)中的复合活化剂为二氧化碳和水蒸汽按照体积比1-2:1组成的混合物。所述步骤(3)中的复合活化剂按照每小时0.1-1千克复合活化剂/千克炭的比例输入碳化活化炉内。所述步骤(4)中的酸溶液为硫酸、盐酸、硝酸中的一种或一种以上的水溶液，该酸溶液的浓度20-30%。所述步骤(4)中的酸溶液重量和碳料重量之比为7-13:1。所述步骤(5)中的去离子水每次煮洗时和碳料的重量比为5-10:1。所述步骤(6)中的烘干机温度为200°C _300°C，所述电碳材料的粒径彡80 μ m。本发明相比现有技术有如下优点:
本发明通过将酚醛树脂或高软化点浙青(200-300°C)和固化剂、利于造粒成型的增塑剂处理后挤出造粒，然后对粒料进行碳化活化，并对碳化活化料进行多次煮洗去除碳料中的金属离子、非金属离 子和杂质，进一步调整碳料的孔径结构，使其适合于活性电碳的多种用途，然后对煮洗过的电碳颗粒进行烘干破碎即可得100的纯净超高储能电碳材料，该超高储能电碳材料的电能储量大于140库伦/克、比表面积为2000-2500平方米/克，可广泛适用于高能汽车电池、超能电容器的制造。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步的说明。实施例1
首先将酚醛树脂、乌洛托品按重量比100: 3的比例加入至高速破碎机中进行破碎成100-325目的粉料；将重量为酚醛树脂重量8%的纤维素和细粉料一起加入高速混合机进行混合，混合均匀后出料自动进入双螺杆挤出机进行挤出造粒，该挤出机的参数为:内温150°C、背压2 MPa、模头孔径4 mm ;将收集到的冷却粒料输入至碳化活化炉内进行碳化活化，然后以5°C /min的升温速率将炉温升温至300°C后通入氮气保持恒温1.5小时对粒料进行碳化，接着以5°C /min的升温速率将炉温升温至650°C后保持恒温1.5小时对粒料进行碳化，关闭氮气后将二氧化碳和水蒸汽按照体积比1.4:1的比例混合后制成的复合活化剂按照每小时0.1千克复合活化剂/千克炭的比例通入碳化活化炉内，接着继续以2°C /min的升温速率将炉温升温至900°C后保持恒温5小时对粒料进行活化，碳化活化结束后将炉温冷却至720°C后停止通入复合活化剂，然后通入氮气保护继续冷却至常温出料；将碳化活化后的材料加入硫酸、盐酸制成的浓度为30%的酸溶液中，然后通入蒸汽进行煮洗0.5小时，煮洗时酸溶液和碳料的重量比为7:1，酸溶液煮洗可去除碳料中金属离子和杂质，进一步调整碳料的孔径结构，使其适合于活性电碳的多种用途；将酸洗后的碳料放入去离子水后通入蒸汽进行煮洗10次将Ph值调节为6.5-7.5，每次煮洗0.5小时，去离子水煮洗可去除酸洗后碳料中的各种金属、非金属离子，得到100的纯净电碳颗粒；最后将煮洗后的碳料输入温度为200°C的烘干机中烘干10小时，烘干机在氮气环境下冷却至常温出料，将烘干料输入气流破碎机中破碎即可得粒径< 80 μ m的微粉状超高储能电碳材料。本发明的制备方法简单、高效且具有成本低、周期短的特点，制得的超高储能电碳材料的电能储量大于140库伦/克、比表面积为2000-2500平方米/克，可广泛适用于高能汽车电池、超能电容器的制造。实施例2
首先将酚醛树脂和高软化点浙青的混合物、乌洛托品按重量比100: 4的比例加入至高速破碎机中进行破碎成100-325目的粉料；将重量为酚醛树脂和高软化点浙青的混合物重量12%的氯化聚乙烯和细粉料一起加入高速混合机进行混合，混合均匀后出料自动进入双螺杆挤出机进行挤出造粒，该挤出机的参数为:内温180°C、背压4 MPa、模头孔径5mm ;将收集到的冷却粒料输入至碳化活化炉内进行碳化活化，然后以2V Mn的升温速率将炉温升温至320°C后通入氮气保持恒温1.9小时对粒料进行碳化，接着以3°C /min的升温速率将炉温升温至610°C后保持恒温2小时对粒料进行碳化，关闭氮气后将二氧化碳和水蒸汽按照体积比1.7:1的比例混合后制成的复合活化剂按照每小时0.4千克复合活化剂/千克炭的比例通入碳化活化炉内，接着继续以5°C /min的升温速率将炉温升温至930°C后保持恒温5小时对粒料进行活 化，碳化活化结束后将炉温冷却至740°C后停止通入复合活化剂，然后通入氮气保护继续冷却至常温出料；将碳化活化后的材料加入硫酸、硝酸制成的浓度为28%的酸溶液中，然后通入蒸汽进行煮洗0.6小时，煮洗时酸溶液和碳料的重量比为9:1，酸溶液煮洗可去除碳料中金属离子和杂质，进一步调整碳料的孔径结构，使其适合于活性电碳的多种用途；将酸洗后的碳料放入去离子水后通入蒸汽进行煮洗5次将ph值调节为
6.8-7.5，每次煮洗I小时，去离子水煮洗可去除酸洗后碳料中的各种金属、非金属离子，得到PPM级彡100的纯净电碳颗粒；最后将煮洗后的碳料输入温度为250°C的烘干机中烘干6小时，烘干机在氮气环境下冷却至常温出料，将烘干料输入气流破碎机中破碎即可得粒径(80 μ m的微粉状超高储能电碳材料。本发明的制备方法简单、高效且具有成本低、周期短的特点，制得的超高储能电碳材料的电能储量大于140库伦/克、比表面积为2000-2500平方米/克，可广泛适用于高能汽车电池、超能电容器的制造。实施例3
首先将酚醛树脂和高软化点浙青的混合物、乌洛托品按重量比100: 5的比例加入至高速破碎机中进行破碎成100-325目的粉料；将重量为酚醛树脂和高软化点浙青混合物的重量9%的纤维素、氯化聚乙烯组成的增塑剂和细粉料一起加入高速混合机进行混合，混合均匀后出料自动进入双螺杆挤出机进行挤出造粒，该挤出机的参数为:内温220°C、背压14MPa、模头孔径2 mm ;将收集到的冷却粒料输入至碳化活化炉内进行碳化活化，然后以3°C /min的升温速率将炉温升温至300°C后通入氮气保持恒温1.7小时对粒料进行碳化，接着以40C /min的升温速率将炉温升温至600°C后保持恒温2小时对粒料进行碳化，关闭氮气后将二氧化碳和水蒸汽按照体积比1.2:1的比例混合后制成的复合活化剂按照每小时0.7千克复合活化剂/千克炭的比例通入碳化活化炉内，接着继续以2V Mn的升温速率将炉温升温至900°C后保持恒温5小时对粒料进行活化，碳化活化结束后将炉温冷却至710°C后停止通入复合活化剂，然后通入氮气保护继续冷却至常温出料；将碳化活化后的材料加入硫酸、盐酸、硝酸制成的浓度为20%的酸溶液中，然后通入蒸汽进行煮洗I小时，煮洗时酸溶液和碳料的重量比为13:1，酸溶液煮洗可去除碳料中金属离子和杂质，进一步调整碳料的孔径结构，使其适合于活性电碳的多种用途；将酸洗后的碳料放入去离子水后通入蒸汽进行煮洗8次将ph值调节为6.5-8，每次煮洗0.7小时，去离子水煮洗可去除酸洗后碳料中的各种金属、非金属离子，得到100的纯净电碳颗粒；最后将煮洗后的碳料输入温度为220°C的烘干机中烘干8小时，烘干机在氮气环境下冷却至常温出料，将烘干料输入气流破碎机中破碎即可得粒径< 80 μ m的微粉状超高储能电碳材料。本发明的制备方法简单、高效且具有成本低、周期短的特点，制得的超高储能电碳材料的电能储量大于140库伦/克、比表面积为2000-2500平方米/克，可广泛适用于高能汽车电池、超能电容器的制造。实施例4
首先将酚醛树脂和高软化点浙青的混合物、乌洛托品按重量比100: 6的比例加入至高速破碎机中进行破碎成100-325目的粉料；将重量为酚醛树脂和高软化点浙青的混合物13%的氯化聚乙烯和细粉料一起加入高速混合机进行混合，混合均匀后出料自动进入双螺杆挤出机进行挤出造粒，该挤出机的参数为:内温120°C、背压12 MPa、模头孔径3 mm ;将收集到的冷却粒料输入至碳化活化炉内进行碳化活化，然后以4°C /min的升温速率将炉温升温至350°C后通入氮气保持恒温1.8小时对粒料进行碳化，接着以3°C /min的升温速率将炉温升温至620°C后保持恒温1.9小时对粒料进行碳化，关闭氮气后将二氧化碳和水蒸汽按照体积比2:1的比例混合后制成的复合活化剂按照每小时I千克复合活化剂/千克炭的比例通入碳化活化炉内，接着继续以2°C /min的升温速率将炉温升温至1000°C后保持恒温3小时对粒料进行活化，碳化活化结束后将炉温冷却至700°C后停止通入复合活化齐U，然后通入氮气保护继续冷却至常温出料；将碳化活化后的材料加入盐酸、硝酸制成的浓度为24%的酸溶液中，然后通入蒸汽进行煮洗0.8小时，煮洗时酸溶液和碳料的重量比为10: 1，酸溶液煮洗可去除碳料中金属离子和杂质，进一步调整碳料的孔径结构，使其适合于活性电碳的多种用途；将酸洗后的碳料放入去离子水后通入蒸汽进行煮洗7次将ph值调节为7-8，每次煮洗I小时，去离子水煮洗可去除酸洗后碳料中的各种金属、非金属离子，得到PPM级彡100的纯净电碳颗粒；最后将煮洗后的碳料输入温度为270°C的烘干机中烘干4小时，烘干机在氮气环境下冷却至常温出料，将烘干料输入气流破碎机中破碎即可得粒径< 80 μ m的微粉状超高储能电碳材料。本发明的制备方法简单、高效且具有成本低、周期短的特点，制得的超高储能电碳材料的电能储量大于140库伦/克、比表面积为2000-2500平方米/克，可广泛适用于高能汽车电池、超能电容器的制造。实施例5
首先将酚醛树脂和高软化点浙青的混合物、乌洛托品按重量比100: 7的比例加入至高速破碎机中进行破碎成100-325目的粉料；将重量为酚醛树脂和高软化点浙青的混合物重量15%的纤维素、氯化聚乙烯组成的增塑剂和细粉料一起加入高速混合机进行混合，混合均匀后出料自动进入双螺杆挤出机进行挤出造粒，该挤出机的参数为:内温150°C、背压9 MPa、模头孔径2 mm ;将收集到的冷却粒料输入至碳化活化炉内进行碳化活化，然后以2V /min的升温速率将炉温升温至340°C后通入氮气保持恒温1.6小时对粒料进行碳化，接着以2°C /min的升温速率将炉温升温至600°C后保持恒温2小时对粒料进行碳化，关闭氮气后将二氧化碳和水蒸汽按照体积比1:1的比例混合后制成的复合活化剂按照每小时0.5千克复合活化剂/千克炭的比例通入碳化活化炉内，接着继续以4°C /min的升温速率将炉温升温至980°C后保持恒温 2小时对粒料进行活化，碳化活化结束后将炉温冷却至730°C后停止通入复合活化剂，然后通入氮气保护继续冷却至常温出料；将碳化活化后的材料加入盐酸制成的浓度为26%的酸溶液中，然后通入蒸汽进行煮洗0.5小时，煮洗时酸溶液和碳料的重量比为8:1，酸溶液煮洗可去除碳料中金属离子和杂质，进一步调整碳料的孔径结构，使其适合于活性电碳的多种用途；将酸洗后的碳料放入去离子水后通入蒸汽进行煮洗6次将Ph值调节为6.5-7.3，每次煮洗I小时，去离子水煮洗可去除酸洗后碳料中的各种金属、非金属离子，得到100的纯净电碳颗粒；最后将煮洗后的碳料输入温度为230°C的烘干机中烘干7小时，烘干机在氮气环境下冷却至常温出料，将烘干料输入气流破碎机中破碎即可得粒径< 80 μ m的微粉状超高储能电碳材料。本发明的制备方法简单、高效且具有成本低、周期短的特点，制得的超高储能电碳材料的电能储量大于140库伦/克、比表面积为2000-2500平方米/克，可广泛适用于高能汽车电池、超能电容器的制造。实施例6
首先将酚醛树脂、乌洛托品按重量比100: 8的比例加入至高速破碎机中进行破碎成100-325目的粉料；将重量为酚醛树脂重量5%的纤维素和细粉料一起加入高速混合机进行混合，混合均匀后出料自动进入双螺杆挤出机进行挤出造粒，该挤出机的参数为:内温250°C、背压16 MPa、模头孔径I mm ;将收集到的冷却粒料输入至碳化活化炉内进行碳化活化，然后以5°C /min的升温速率将炉温升温至350°C后通入氮气保持恒温1.5小时对粒料进行碳化，接着以3°C /min的升温速率将炉温升温至640°C后保持恒温1.5小时对粒料进行碳化，关闭氮气后将二氧化碳和水蒸汽按照体积比1.5:1的比例混合后制成的复合活化剂按照每小时0.3千克复合活化剂/千克炭的比例通入碳化活化炉内，接着继续以5°C /min的升温速率将炉温升温至950°C后保持恒温3小时对粒料进行活化，碳化活化结束后将炉温冷却至750°C后停止通入复合活化剂，然后通入氮气保护继续冷却至常温出料；将碳化活化后的材料加入硫酸制成的浓度为22%的酸溶液中，然后通入蒸汽进行煮洗I小时，煮洗时酸溶液和碳料的重量比为11:1，酸溶液煮洗可去除碳料中金属离子和杂质，进一步调整碳料的孔径结构，使其适合于活性电碳的多种用途；将酸洗后的碳料放入去离子水后通入蒸汽进行煮洗9次将ph值调节为6.9-7.6，每次煮洗0.5小时，去离子水煮洗可去除酸洗后碳料中的各种金属、非金属离子，得到100的纯净电碳颗粒；最后将煮洗后的碳料输入温度为250°C的烘干机中烘干5小时，烘干机在氮气环境下冷却至常温出料，将烘干料输入气流破碎机中破碎即可得粒径< 80 μ m的微粉状超高储能电碳材料。本发明的制备方法简单、高 效且具有成本低、周期短的特点，制得的超高储能电碳材料的电能储量大于140库伦/克、比表面积为2000-2500平方米/克，可广泛适用于高能汽车电池、超能电容器的制造。以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
权利要求
1.一种超高储能电碳材料的制备方法，其特征在于所述的制备方法按下述步骤进行: (1)将酚醛树脂、高软化点浙青或两者的混合物与固化剂按重量比100:3-8的比例加入至高速破碎机中进行破碎成100-325目的粉料； (2)将增塑剂和细粉料一起加入高速混合机进行混合，混合均匀后出料输入双螺杆挤出机进行挤出造粒； (3)将收集到的粒料输入至碳化活化炉内进行碳化活化，然后以2-5°C/min的升温速率将炉温升温至300°C _350°C后通入氮气保持恒温1.5-2小时，接着以2_5°C /min的升温速率将炉温升温至600°C _650°C后保持恒温1.5-2小时，关闭氮气后通入复合活化剂，接着继续以2-5°C /min的升温速率将炉温升温至900°C -1000°C后保持恒温2_5小时，碳化活化结束后将炉温冷却至700°C -750°C后停止通入复合活化剂，然后通入氮气保护继续冷却至常温出料； (4)将碳化活化后的碳料加入酸溶液后通入蒸汽进行煮洗0.5-1小时； (5)将酸洗后的碳料放入去离子水后通入蒸汽进行煮洗5-10次将ph值调节为6.5-8 ； (6)将去离子水煮洗后的碳料输入烘干机中烘干2-10小时，烘干机在氮气环境下冷却至常温出料，将烘干料输入气流破碎机中破碎即可得所需粒径的微粉状超高储能电碳材料。
2.根据权利要求1所述的超高储能电碳材料的制备方法，其特征在于所述步骤(I)中的固化剂为乌洛托品。
3.根据权利要求1所述的超高储能电碳材料的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中的增塑剂为纤维素、氯化聚乙烯中的一种或两种，所述增塑剂的重量为酚醛树脂、高软化点浙青或两者的混 合物的重量的5-15%。
4.根据权利要求1所述的超高储能电碳材料的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中的挤出机参数为:内温60-250°C、背压2-16 MPa、模头孔径1-5 mm。
5.根据权利要求1所述的超高储能电碳材料的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中的复合活化剂为二氧化碳和水蒸汽按照体积比1-2:1组成的混合物。
6.根据权利要求1或5所述的超高储能电碳材料的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中的复合活化剂按照每小时0.1-1千克复合活化剂/千克炭的比例输入碳化活化炉内。
7.根据权利要求1所述的超高储能电碳材料的制备方法，其特征在于所述步骤(4)中的酸溶液为硫酸、盐酸、硝酸中的一种或一种以上的水溶液，该酸溶液的浓度20-30%。
8.根据权利要求1所述的超高储能电碳材料的制备方法，其特征在于所述步骤(4)中的酸溶液重量和碳料重量之比为7-13:1。
9.根据权利要求1所述的超高储能电碳材料的制备方法，其特征在于所述步骤(5)中的去离子水每次煮洗时和碳料的重量比为5-10:1。
10.根据权利要求1所述的超高储能电碳材料的制备方法，其特征在于所述步骤(6)中的烘干机温度为200°C _300°C，所述电碳材料的粒径< 80 μ m。
全文摘要
本发明公开了一种超高储能电碳材料的制备方法，该制备方法按下述步骤进行首先将酚醛树脂、高软化点沥青或两者的混合物与固化剂破碎成细粉料后加入增塑剂，然后将混合料输入双螺杆挤出机挤出造粒；接着对粒料输入碳化活化炉内分阶段碳化活化，碳化活化后在氮气保护下冷却出料；然后将碳料放入酸溶液内煮洗，并将酸洗后的碳料放入去离子水中进行煮洗；最后将煮洗后的碳料烘干、破碎即可得所需粒径的微粉状超高储能电碳材料。本发明的制备方法简单、高效且具有成本低、周期短的特点，制得的超高储能电碳材料的电能储量大于140库伦/克、比表面积为2000-2500平方米/克，可广泛适用于高能汽车电池、超能电容器的制造。
文档编号C01B31/10GK103121680SQ20131003131
公开日2013年5月29日 申请日期2013年1月28日 优先权日2013年1月28日
发明者邹开良, 刘明秋 申请人:江苏国正新材料科技有限公司