一种聚合物基多孔炭超级电容器电极的制备方法

本发明涉及多孔炭的制备及超级电容器电极材料，特别是涉及一种聚合物基多孔炭超级电容器电极的制备方法。

背景技术：

1、多孔炭具有高比表面积以及发达的孔隙结构，良好的导电性。当其作为电极材料时，在充放电过程中可以储存并释放电解质中的离子，实现离子的快速传输，并且良好的导电性能够加速电子的转移。因此，多孔炭材料是一种制备超级电容器的良好电极材料。

2、现有制备多孔炭的方法很多，使用的碳源前驱体多种多样，前提是碳源需要具有较高的碳产率。碳源在惰性气体中经过高温碳化后形成多孔结构。目前常用的制备多孔炭材料的方法主要有物理活化法(在高温碳化过程中通入活性气体(例如二氧化碳、氨气等)，利用活性气体与碳源之间发生反应来造孔)、化学活化法(将碳源与化学活化剂(例如磷酸、氢氧化钾、氯化锌等)充分混合后进行高温碳化，利用碳源与化学活化剂之间的反应造孔)等，然而使用活性气体和化学活化剂制备多孔炭成本高、工艺更加复杂，后续加工繁琐，产生大量废气，且不容易控制。

3、因此，提供一种工艺简单、后续处理容易操作的多孔炭材料的制备方法，对于多孔炭的制备及超级电容器电极材料技术领域具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种聚合物基多孔炭超级电容器电极的制备方法，该方法使用牺牲制孔剂能够实现一步法制备多孔炭材料，后续处理容易操作，通过控制碳源与牺牲制孔剂的添加量即可控制碳产率和孔隙结构，环保无污染，具有更多的优势。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明技术方案之一，一种多孔炭材料的制备方法包括以下步骤：

4、将聚丙烯腈和牺牲制孔剂加入到有机溶剂中加热搅拌，得到聚合物溶液；

5、将所述聚合物溶液挤出得到的聚合物小球滴入到水中加热固化，得到固体小球，对所述固体小球进行干燥处理后高温碳化，得到所述多孔炭材料；

6、所述牺牲制孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚乙烯吡咯烷酮。

7、本发明技术方案之二，利用上述的制备方法制备得到的多孔炭材料。

8、本发明技术方案之三，上述的多孔炭材料在制备电极材料中的应用。

9、本发明技术方案之四，一种电极材料，原料包括上述的多孔炭材料。

10、本发明技术方案之五，上述的电极材料在制备超级电容器中的应用。

11、本发明技术方案之六，一种超级电容器，电极采用上述的电极材料。

12、本发明公开了以下技术效果：

13、本发明方法采用聚丙烯腈(pan)为碳源，聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)和/或聚乙烯吡咯烷酮(pvp)为牺牲制孔剂，一种制孔剂能够在水中溶解除去产生孔，而剩下的另外一种制孔剂则在高温下发生分解产生孔，可以通过控制牺牲制孔剂的添加量控制孔隙结构。

14、本发明方法具有操作简单的优点，容易实现量产。

15、利用本发明方法所制备的多孔炭材料具有较大的比表面积，可将其制备成电极(采用所制备的多孔炭作为活性材料，泡沫镍作为集流体，将活性材料均匀涂敷在泡沫镍上面制备成电极)应用于超级电容器中。

技术特征：

1.一种多孔炭材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈与所述牺牲制孔剂的质量比为5:(0-5)，且牺牲制孔剂的添加量不为0；所述有机溶剂为n,n二甲基甲酰胺。

3.根据权利要求1所述的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物溶液中聚丙烯腈和牺牲制孔剂的质量百分数之和为10-15wt％；所述加热搅拌的温度为40-80℃，转速为60-100rad/min，时间为4-12小时。

4.根据权利要求1所述的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，所述加热固化具体为在100-250rad/min、60-80℃温度下进行固化；所述干燥处理的温度为60-90℃，时间为2-6小时。

5.根据权利要求1所述的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，所述高温碳化具体为：在惰性气氛下，以3-8℃/min的升温速率升温至500-1200℃保温0.5-2h。

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到的多孔炭材料。

7.如权利要求6所述的多孔炭材料在制备电极材料中的应用。

8.一种电极材料，其特征在于，原料包括权利要求6所述的多孔炭材料。

9.如权利要求8所述的电极材料在制备超级电容器中的应用。

10.一种超级电容器，其特征在于，电极采用权利要求8所述的电极材料。

技术总结
本发明涉及多孔炭的制备及超级电容器电极材料技术领域，特别是涉及一种聚合物基多孔炭超级电容器电极的制备方法。本发明电极材料的原料包括多孔炭材料；多孔炭材料的制备方法包括以下步骤：将聚丙烯腈和牺牲制孔剂加入到有机溶剂中加热搅拌，得到聚合物溶液；将所述聚合物溶液挤出得到的聚合物小球滴入到水中加热固化，得到固体小球，对所述固体小球进行干燥处理后高温碳化，得到所述多孔炭材料；所述牺牲制孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚乙烯吡咯烷酮。本发明方法具有操作简单的优点，容易实现量产。利用本发明方法所制备的多孔炭材料具有较大的比表面积，可将其制备成电极应用于超级电容器中。

技术研发人员：王洪杰,王赫,卢浩,时虎,程亚玲,姚岚
受保护的技术使用者：安徽工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16