[发明专利]用于储电碳材料和针状焦的原煤和原油组合物

说明书

发明领域

本发明涉及用于生产储电碳材料和针状焦的原料组合物和初焦。 具体地说，本发明涉及能提供其中的残留碱金属易于除去的适用于生 产电双层电容器电极的活性碳的原料组合物和初焦。本发明还涉及适 用于生产针状焦的原料组合物和初焦。

发明背景

近年来，碳材料广泛用于储电领域。在储电碳材料中，具有较大 表面积的活性碳是用作电双层电容器的电极，而表面积较小的焦是用 作锂离子蓄电池的阴极。特别是电双层电容器因其可用作备用电源、 辅助电源等而受到关注，为此，针对用作电双层电容器电极的活性碳 的性能广泛展开了各种各样的研究。活性碳用作可极化电极的电双层 电容器在静电电容方面极佳，因而随着电子领域的发展，对用作各种 电器设备电极的该类电容器的需求快速增长。并且，近年来加上常规 存储备用电源尺寸的减小，已开展了对各种用作电机辅助电源的大容 量产品的研究。

这些活性碳的制备方法通常是将碳质材料经气体或化学品活化处 理例如使用碱金属氢氧化物作为活化剂的碱活化处理，然后通过用强 酸如盐酸、硝酸和硫酸洗涤来除去碱金属和重金属而将所述活化材料 中和。

就高性能的电双层电容器来说，越来越需要减少用作电容器电极 的活性碳中碱金属残留量。但是，按专利文件1(日本专利特开 2005-123462)所述，通过反复用酸或水洗涤可使碱金属脱除到一定浓 度，但要更进一步脱除金属就困难了。因此，含经碱活化的碳材料的 电双层电容器在初始电容器容量方面很好，但缺点是会随时间而劣化， 长期使用后电容器容量会有很大损失。

另一方面，就洗涤处理而言，期望尽可能简单，即期望洗涤次数 尽可能少，以降低费用。专利文件2(国际公开号WO2004/011371) 述及可通过将易石墨化的碳质材料进行碱活化处理，然后按照热水、 碳酸水、热盐酸、氨水、热盐酸和热水的次序对所述活化产物进行洗 涤来制备活性碳。但此洗涤处理过程冗长，因此强烈需要开发具有能 易于除去残留碱金属结构的活性碳。

针状焦以聚集体形式用作电炉炼钢过程中所用的石墨电极且通常 是用石油基重油或煤焦油作为原料来生产的。在生产石墨电极的过程 中，将焦炭颗粒与粘结沥青以预订比例混和，然后边加热边捏合并挤 出模压来生产生坯电极。将生坯电极煅烧进行石墨化处理并装配，由 此生产出石墨电极产品。

石墨电极的热膨胀系数(CTF)最好较低，因其是在苛刻条件如高 温条件下使用。即，具有低CTF的石墨电极消耗小因而降低了电炉炼 钢的成本。

上述石墨化过程是一个将生坯电极在约3000℃下加热的过程且 通常使用直流电炉(LWG炉)。但是，在LWG炉内进行的石墨化过程 会加速温度上升，从而提高气体生成速度。有可能会导致发生不正常 的膨胀现象，即所谓的气胀。气胀会降低电极的密度，有时还可能使 电极破裂。

现在，针对在生产针状焦时控制热膨胀系数和气胀的方法已开展 研究，且已提出了各种方法。例如专利文件3(日本专利特开 5-105881)公开了将已基本除去喹啉不溶物的煤焦油沥青与聚合度适 当的低聚物混和并用延迟焦化法进行焦化的方法。专利文件4(日本 专利特开5-163491)公开了煤焦油基重油和石油基重油按特殊比例混 和以使氮和硫含量分别为1.0％(质量)或更低和1.4％(质量)或更 低，来制成原料，然后将其放入延迟焦化器内来生成生焦，之后将生 焦于700-900℃下煅烧并冷却，于1200-1600℃下再次煅烧。专利文件 5(日本专利特开5-202362)公开了在煤快速热裂解法生产煤焦油 的过程中，使反应器中的热裂解温度维持在750℃或更高且热裂解产 物在反应器中的停留时间为5秒或更短，由此来生产液体产物或液体 产物的沥青，然后将液体产物或液体产物的沥青进行碳化的方法。专 利文件6(日本专利特开7-3267公开了通过将作为原料的石油基重 油单独或其与已基本除去喹啉不溶物的煤焦油基重油的混和物经延迟 焦化处理并随后使所述石油基重油调节为颗粒物如灰分含量为 0.05-1％(质量)来生产针状焦的方法。

但是，上述专利文件3-6的任一方法不见得能令人满意地降低热 膨胀系数或抑制气胀，实际情况是通过这些方法生产的焦炭品质不能 达到电炉炼钢过程所用石墨电极聚集体要求的水平。

发明内容