[发明专利]碳材料的制备方法以及碱活化装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于制备双层电容器电极等的碳材料的制备方法以及碱活化装置。

背景技术

目前，作为双层电容器(EDLC)的极化性电极材料使用将椰子壳、焦炭、酚醛树脂等利用水蒸气或二氧化碳等进行活化得到的、具有高比表面积的活性炭。但是，为了从这些原料得到具有高静电电容和高比表面积的活性炭，需要提高活化度，而这样就会降低电极材料的体积密度，不能提高EDLC的能量密度，因此成为问题。

因此，已公开了通过碱金属化合物活化(以下称碱活化)从焦炭、中间相碳微球、中间相沥青类碳纤维等易石墨化碳得到可具有高静电电容的活性炭的方法(例如，参考专利文献1-3)。另外，已公开了通过将特定的沥青原料实施热处理、活化处理，得到良好的EDLC用活性炭的情况，由此可以看出用于碱活化的起始原料的选择以及处理条件的选择，对于得到具有高静电电容的活性炭来说非常重要(例如，参考专利文献4)。

另一方面，在工业上实施上述碱活化时，活化反应(活化处理)中生成的碱金属(例如，钾)或碱金属化合物(例如，氧化钾)在反应器内或排气管中飞散、堆积，在活化物取出时它们会与空气中的水分进行反应，引起着火、爆炸等危险性大的问题。

作为解决上述问题的方法可考虑在活化处理结束后的冷却工序中，将碳酸气通入体系内，将上述碱金属或碱金属化合物变化为碱金属碳酸盐(例如，碳酸钾)来实现安全化的方法。但是，该方法中，生成的碱金属或碱金属化合物会在反应器或排气侧配管内的容易产生堆积的特定地点上慢慢形成块并附着，此时，与碳酸气的反应无法在规定时间内进行到块的内部，在活化物的取出作业时存在发生着火等事故的危险性。

作为该问题的解决方法已公开了通过在活化反应中在活化反应体系内导入并流通指定浓度的碳酸气，可避免着火、爆炸危险性(例如，参考专利文献5)。

但是，根据我们的研究发现，活化反应体系中存在或生成的碱金属或碱金属化合物与碳酸气的反应不会受碳酸气的浓度影响，利用得到的碳材料的电容器的静电电容会降低，因此，在活化反应时在活化反应体系中存在碳酸气是不优选的。

专利文献1：特许2548546号公报

专利文献2：特许2634658号公报

专利文献3：特许3149504号公报

专利文献4：特开2002-93667号公报

专利文献5：特开2004-18292号公报

发明内容

如上所述，在现有的利用碱活化处理的制备方法中，在工业上不能安全制备高静电电容的碳材料。本发明的目的是提供安全且稳定地进行碱活化处理的同时，在工业上安全制备具有高静电电容的、用于制作EDLC电极等的碳材料的方法。

本发明人们为了解决上述课题进行了深入地研究，其结果发现，在惰性气体流通下将添加有选自碱金属化合物的活化剂的碳前体加热而进行碱活化反应，该碳前体以及该活化剂在碱活化反应中，在实质上不与碳酸气接触的条件下，一边使碳酸气流通于碱活化反应区域的下游部，一边进行该碱活化反应，从而安全且稳定地得到每单位体积以及每单位重量的静电电容高的碳材料，由此完成本发明。

也就是，本发明提供碳材料的制备方法，该碳材料的制备方法包括在碱活化区域中在惰性气体流通下将碳前体和选自碱金属化合物的活化剂的混合物进行加热的碱活化反应工序，其特征是，在碳酸气实质上不接触该碳前体和该活化剂的条件下，一边将碳酸气流通到该碱活化反应区域的下游部，一边进行该碱活化反应。本发明还提供可用于上述制备方法的碱活化装置。

附图说明

图1是表示利用旋转窑炉的碱活化装置的示意图；

图2是表示中央设置有缺口部分的挡板的示意图。

具体实施方式

下面详细说明本发明，但是本发明并不仅仅限定在以下内容。

(1)碳前体的原料

作为用于本发明的碳前体的原料，可使用通过热固化性树脂、沥青等的热处理而生成碳的物质、焦炭、煤炭等。其中，优选使用将缩合多环式烃或含有缩合多环式烃的物质在氟化氢以及三氟化硼的存在下聚合得到的合成沥青。