[发明专利]双电气层电容器的电极材料及使用其的双电气层电容器

说明书

本申请包含2001年3月21日提出的日本专利申请2001-81744和2001年8月29日提出的日本专利申请2001-260427中的内容。

技术领域

本发明涉及双电气层电容器的电极材料以及使用该电极材料的双电气层电容器。

背景技术

双电气层电容器目前正在被用于个人计算机存储器的后备电源、二次电池的辅助或替代电源等用途、以及电动汽车或燃料电池汽车的蓄电池的后备电源、反馈用电源等中。

该双电气层电容器是在两个电极之间施加电压时，电解液中的离子被吸附在分极性的电极上，从而将电荷积蓄在由此而形成的电极与电解液界面的两个电气层中(图16)。

根据这种双电气层电容器，能够积蓄比通常的电容器大100万倍的电能。

现有的双电气层电容器中，电极使用的是活性炭。由于活性炭的微小颗粒具有许多小孔，比表面积大，故适于作电极。

发明内容

本发明的目的是，使用比表面积更大的碳素纤维，提供容量能够做得更大的双电气层电容器的电极材料以及使用该电极材料的双电气层电容器。

本发明的一个形态所涉及的双电气层电容器的电极材料，其作主材料的碳素纤维具有切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构(coaxial sacking morphlogy of truncated conical tubular)，所说切头圆锥筒形碳素网层各个含有碳素六边网层(hexagonalcarbon layer)。

换言之，该碳素纤维具有由多个呈无底杯形的碳素六边网层层叠的、杯状层叠(cup stacked)或者灯伞状层叠(lampshade stacked)的结构。该切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构可形成无节的中空核(a hollow core with no brige)。根据这样的结构，各个切头圆锥筒形碳素网层呈这样的结构，即，在轴向的两端具有大直径环端和小直径环端，从外表面侧的大直径环端及内表面侧的小直径环端露出碳素六边网层的边缘。换句话说，呈鱼骨结构的倾斜的碳素六边网层的边缘呈层状露出。

另外，通常的鱼骨结构碳素纤维是多个呈有底杯形的碳素六边网层层叠的结构，而本发明的一个形态所涉及的碳素纤维在数十nm～数十μm长度的范围内不具有节，呈中空状。

在这里，若该切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构以气相生长，则其外表面或者内表面的很大范围将被过剩的热分解碳(pyrolytic carbon)的堆积膜所覆盖。此时也同样，从外表面侧的大直径环端的至少一部分，或者内表面侧的小直径环端的至少一部分处露出碳素六边网层的边缘。

从碳素纤维的外表面或内表面露出的碳素六边网层的边缘活性度极高，与各种材料的亲和性良好，与树脂等复合原料的密接性优良。因此，能够获得具有优异的拉伸强度、压缩强度的复合材料。

作为本发明的另一个形态，对于在碳素纤维的气相生长过程中形成于其外表面或内表面的堆积膜，也可以通过之后的处理将其一部分或全部去除。这是由于，该堆积膜是未充分结晶的、呈非晶形形状的过剩碳堆积而成，该堆积层的表面不具有活性的缘故。

作为本发明的一个形态所涉及的碳素纤维，可通过各个大直径环端在轴向上的层叠而形成碳素纤维的外表面。此时，只要从其外表面的2％以上、最好是7％以上的区域露出碳素六边网层的边缘即可。

此外，在碳素纤维的外表面上各个大直径环端的位置不是对齐的，该外表面呈现出原子大小水平的微小的凹凸。

同样地，通过使各个小直径环端在轴向上层叠而形成碳素纤维的内表面，各个小直径环端在该内表面上的位置不是对齐的，呈现出原子大小水平的微小的凹凸。

露出的碳素六边网层的边缘的活性度高，能够以-COOH、-CHO、-OH等官能团进行修饰，因而可作为电极材料使用。

并且，作为碳素六边网层的边缘露出的表面，所说边缘不是对齐的，呈现出原子大小水平的微小的凹凸，故比表面积极大，因而可制成大容量的双电气层电容器。

此外，可以将所说多个碳素六边网层层间的至少一部分的间隔膨胀而大于气相生长时的所说碳素六边网层层间的间隔的碳素纤维作为电极材料使用。在这种场合，最好是体积密度(bulk density)在0.010g/cm³以下。此外，也可以使用所说碳素六边网层以一个～数万个为单位相连的碳素纤维。