[发明专利]活性炭及其生产方法,可极化电极、以及双电层电容器

说明书

                本发明背景

1.本发明的领域

本发明涉及活性炭，它是由颗粒状各向同性沥青制造的；涉及生产这种活性炭的方法；涉及一种可极化电极；以及涉及双电层电容器。通过把这种活性炭转化为可极化电极并将它和电流收集器和一种电解质结合起来，即可制成一种电容器，它具有大的静电容并且在光电和放电时有优良的低膨胀性。

2.有关技术的描述

近年来，对于把双电层电容器作为后备电源、辅助电源等给予了关注。活性炭作为双电层电容器的电极的性能已得到广泛的关注。因为用活性炭作为可极化电极的双电层电容器一般有优越的静电容，所以这种电容器引起了电子学领域的发展，像要求把它们用于电子装备的要求正迅猛增长。近年来，普通存储器的后备电源已做成小的尺寸，并且较大电容的产品已被发展成用于诸如电动机的辅助电极。

当不同的两层，例如，一个固体电极和一种电解质溶液相互接触时，正和负电荷即以很短的间隔被排列和分体在它们的界面上。当电压被施加到这种电极之间使电极充电时，在电解质溶液中的离子即排列成能抵消电荷的方向。这样一种离子排列的或分散的层是一种双电层。其中由于形成双电层而导致电极界面的电容的装置被用作双电层电容器。

迄今，作为双电层电容器(电容器)，已知有圆筒型的、层压型的和硬币型的结构。图1示意性地说明了一种具有硬币型结构的双电层电容器。在图1中，参考数字1和2指示由铝筛网或类似物制成的电流收集器；3和4是可极化电极；5是由聚丙烯无纺布或类似物做成的隔膜；6是由聚丙烯或类似物制成的垫片；7是由铝或不锈钢制成的盒套。部件1和2使之分别与可极化电极3和4接触，从而使部件1和2成为相应可极化电极的电流收集器，并可作为通往外部电路的连接端口。用这样的方法，双电层电容器，在一种情况下，具有一对由活性炭粉或纤维做成的可极化电极以及处于它们中间的隔膜，后者是多孔性的并具有离子透过性。可极化电极和隔膜用电解质溶液润湿。如果需要，可把电流收集器插入可极化电极和盒套之间，或淀积在电极上。关于盒套，在上盖和较低盒套之间的开口可用一种密封膜封住，以防止电解质溶液的泄漏。

双电层电容器在瞬时充放电能力方面，一般优于蓄电池，并且在重复充放电能力方面只有小的损耗，在充放电时也不产生超电压。这样，双电层电容器的这种特色可以使电子电路做得比较简单。还有，双电层电容器的剩余电容量可以容易知道，并且它的耐受温度范围较宽。已经研究把这样的双电层电容器用于微型计算器或IC的存储器、作为定时装置部份或其它控制部份的备用电源、电子装置的电源、当电流被切断时的电源、汽车采用的电源等。这类应用有一部份已成为现实。双电层电容器要求被制成轻的或小型的，即要求改进每单位体积和每单位重量的双电层电容量。

为了改进双电层电容器的静电容，重要的是研究它们的组成部件。例如，有关可极化电极的材料，它是一种组成部件，重要的是这种材料要有大的比表面积、大的堆积比重、电化学方面非活性、小的电阻等。有关活性炭是适合于能满足这类需要的材料，以及这种活性炭的一个实例是通过炭化和活化一种植物材料诸如木粉填料而获得的活性炭粉末的事实已被叙述在CMC出版的“用于EDLC的技术和材料”一书的第68页上。(本书第一版出版于1998年10月26日)。

JP-A-11-135380公开了一种生产活性炭的方法，它的材料不同于上述的活性炭，是用一种从石油沥青中冷却并固化的一种中间相获得的中间相树脂；并且由这种活性炭制造了可极化电极和双电层电容器。

JP-A-10-199767提出一种炭化材料的方法，它包括在惰性气体氛围中炭化石油焦炭或煤沥青焦炭，然后用碱金属氢氧化物活化这种炭化过的材料，以产生用于具有高静电容的双电层电容器的碳材料。通过预先在600-900℃热处理石油焦炭、中间相碳纤维(MCF)或难熔的氯乙烯，并用氢氧化钾来活化这种热处理过的材料获得高电容量活性炭的方法，被描述于Nikkan Kogyo Newspaper PublishingCompany(1999)出版的“双电层电容器和电力储存系统”一书第82-84页。其中也描述了由这种活性炭做成的电极在充电时发生膨胀，因此它的厚度应为1.5-3倍的事实。JP-A-11-317333公开了一种呈现出大的静电容的材料作为双电层电容器的电极，并描述了当加上电压时也发生与上面相同的电极膨胀的厚度。