[发明专利]双电层电容器用碳材料和该碳材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及活性碳和此类碳材料的制造方法，所述活性碳作为双电层电容器电极用碳材料。

背景技术

活性碳由被活化以具有多孔结构的碳材料如碳化椰子壳、石油焦炭或煤焦炭制成。将多孔的并因而具有大的表面积的活性碳广泛用作吸收剂、催化剂载体和用于双层电容器与锂离子二次电池的电极材料。特别地，为了增加在混合动力汽车等中使用双电层电容器中的能量密度，即电容量(capacitance)，要求具有有效形成的细孔、高结晶度和大表面积的活性碳以用作电容器用电极材料。

对于能够用作双电层电容器用电极材料的此类具有有效形成的细孔的活性碳的工业生产，通常使用活化方法(activation method)，在该活化方法中将碳材料如石油焦炭和碱金属化合物如氢氧化钾在惰性气体氛围中在600-1200℃的温度下加热，从而使碱金属进入其间并与石墨结晶层反应。在该活化中，碱金属进入将缩合的多环烃成层的层状结构，结果形成细孔。

用于双电层电容器电极制造的活性碳需要具有相对大的表面积、小的平均粒径和均匀的粒度，并且不含有大颗粒。

例如，在如专利文献1中所述的前述活性碳的制造方法中，将碳前驱体如焦炭在氧气存在下加热以使其氧交联，并在添加无机盐热反应助剂如氯化锌和磷酸盐之后进一步煅烧以生成微孔，由此制造双电层电容器电极用碳材料。专利文献2提议一种双电层电容器电极用碳材料的制造方法，其中将生石油焦炭(Petroleum green coke)在600-900℃温度范围中进行第一次煅烧然后冷却至100℃以下的温度，其后在高于第一次煅烧温度100℃的较高温度下进行第二次煅烧，由此制造碳化产品，然后将该碳化产品用碱金属氢氧化物活化。

然而，需要双电层电容器电极用活性碳的平均粒径小和粒度均匀，并且不含有大颗粒。考虑到此类需要，前述方法仍然是不充分的，需要进一步改进。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开公布2003-282369

专利文献2：日本专利申请特开公布2007-115749

发明内容

发明要解决的问题

使活性碳的粒度较小的方法的实例包括：其中粉碎活性碳至预期的粒度的方法和其中活化细原料以制造活性碳的方法。前一种方法不是优选的，这是因为细孔塌陷，导致较小的表面积，而后一种方法具有在活化期间颗粒相互熔合因而所得活性碳的粒度变得大于原料的粒度的问题。基于本发明人的发现完成本发明：当将易石墨化的碳材料用作原料时，通过在氧化性气体氛围下煅烧原料然后调整其粒度，可抑制由活化导致的其颗粒相互熔合以及粒度增加，产生具有相对大的表面积和小的平均粒径并且没有大颗粒和粒度均匀的活性碳。

用于解决问题的方案

即，本发明涉及双电层电容器电极用活性碳的制造方法，其包括在氧化性气体氛围下煅烧用作原料的易石墨化的碳材料，调整碳材料的粒度，然后活化碳材料。

本发明还涉及所述氧化性气体为空气的前述方法。

本发明还涉及所述煅烧温度为500-700℃的前述方法。

本发明还涉及将通过在氧化性气体氛围下煅烧易石墨化的碳材料生产的碳材料调整至平均粒径为0.5-8μm的前述方法。

本发明还涉及双电层电容器电极用活性碳，所述活性碳通过任一个前述方法制造。

发明的效果

本发明可以以容易且成本有效的方式制造双电层电容器电极用活性碳，所述活性碳的平均粒径小、粒度均匀和比表面积相对大。将通过本发明的方法制造的活性碳用于电极中能够提供具有每单位体积的电容量大的双电层电容器。

具体实施方式

以下将详细描述本发明。

在本发明中用作起始材料的易石墨化的碳材料的实例包括石油焦炭和煤焦炭。易石墨化的碳材料也可为不熔融和碳化的中间相(mesophase)沥青(pitch)以及通过将中间相沥青纺丝制造的不熔融和碳化的中间相碳纤维。优选使用石油焦炭，并且特别优选使用生石油焦炭。

在本发明中优选用作起始材料的生石油焦炭，为将具有烷基侧链的多环芳香化合物成层的聚集体和通过加热不熔合的固体。