[发明专利]双电层电容器用磷化合物复合活性炭及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及双电层电容器用磷化合物复合活性炭及其制造方法。

背景技术

近年来，为了应对地球环境问题，在汽车领域中，人们正在开发进 一步提高燃料消耗率和进一步净化尾气的技术。混合动力汽车、电动汽 车的技术开发是此项开发工作中的一个环节。双电层电容器在与这些技 术开发相关的动力辅助系统或能量再生用途中的实用化受到人们的关 注。双电层电容器的原理是，在可极化电极与电解液的界面处形成的双 电层中蓄积电荷，其优点在于，与铅蓄电池、镍氢二次电池等二次电池 相比，它能够利用大电流快速充放电。从界面大且导电性优异的方面考 虑，通常使用活性炭作为可极化电极的材料。

另外，作为含有磷的活性炭，过去已知磷酸活化的活性炭。即，在 碳质原料中浸渗磷酸、磷酸钠等磷酸盐之类的化学药品后，在400℃～ 750℃的加热温度下烧制时，由于化学药品强烈的脱水作用，从而可以获 得非常发达的多孔体烧制炭。由于该烧制炭中残留有大量的磷酸盐，用 热水反复回收磷酸和磷酸盐并同时进行提纯，降低了磷含量后，就制成 了活性炭。如此获得的磷酸活化的活性炭的细孔分布中通常具有比较大 的大孔，因此适合用于滤毒罐。

但是，由于现有的磷酸活化的活性炭的细孔分布中具有比较大的大 孔，因而不能获得所期待的作为电容器的高静电容量。

美国专利第6,043,183号中，以900℃～1120℃对磷酸活化的活性炭 进行热处理，降低含氧表面官能团后用作电容器用活性炭，但是，该活 性炭仅在某种程度上提高了耐久性，由于磷酸活化后仅进行了水洗，因 而不难预料其灰分(Ash)仍然较高，从金属杂质的方面出发，在耐久性方 面也不能说十分充分。进而，由于孔径为2nm～50nm的中孔(mesopore) 占全部细孔的75％以上，而且还具有较大的大孔，因此细孔分布本身就 不适于有机系电容器用途，与目前使用的椰子壳的水蒸气活化的活性炭 相比，其单位体积的静电容量较低。

此外，美国专利第5,905,629号中，以945℃～1120℃对磷酸活化的 活性炭进行热处理，减少含氧官能团后用作水系电解液用的双电层电容 器用活性炭，但是，该活性炭中，孔径为2nm以下的细孔占全体的75％ 以上，即使是所占比例最高的活性炭，其实施例的比表面积也不超过 1520m²/g，形成微孔较多的细孔分布，这种细孔分布适于几乎由微孔构成 的水系电解液，可以说，这是一种完全不适于使用了有机系电解液的双 电层电容器的活性炭。

因此，对于在电极材料中使用了磷酸活化的活性炭的双电层电容器 来说，由于受到其细孔分布的限制，即使通过加热脱气来减少含氧官能 团，也仅是提高了耐久性，不能说静电容量一定充分，因此，作为双电 层电容器的电极材料，在现有技术中还没有主动添加磷化合物的例子。

进而，作为双电层电容器的电解液，通常使用碳酸亚丙酯等极性溶 剂，另一方面，一般来说，由碳构成的活性炭的细孔表面与非极性溶剂 的亲和性高，与使用了极性溶剂的电解液的润湿性不能说一定充分。

提高活性炭表面对极性溶剂的亲和性的方法包括对活性炭赋予含氧 官能团的方法，但由于活性炭表面的含氧官能团会损害电容器的耐久性， 因此目前的状况是，通常在通过加热脱气处理除去含氧官能团后再使用。

因此，目前还不能提供以下活性炭：这种活性炭不损害电容器的耐 久性，它具有与作为极性溶剂的非水系电解液亲和性高的表面性状，并 且直至细孔内部都能够有效地发挥作用。

专利文献1：美国专利第6,043,183号

专利文献1：美国专利第5,905,629号

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷化合物复合活性炭，它能够容易地获 得单位体积的静电容量大且耐久性也优异的双电层电容器。

本发明的双电层电容器用磷化合物复合活性炭是用于双电层电容器 的复合了磷化合物的活性炭，该磷化合物复合活性炭中的磷原子含量为 1000ppm～20000ppm，BET比表面积为1600m²/g～2200m²/g，平均细孔 径为1.7nm～2.1nm，以Cranston-Inkley法计算出的细孔直径在1.4nm～ 2.0nm间的细孔容积为0.25cm³/g以上。