[发明专利]碳材料和其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及含有石墨烯的碳粒子和以该碳粒子作为主要构成要素的碳材料。

需说明的是，本申请要求在2009年4月24日提出的日本国专利申请2009-105921号的优先权，并将该申请的全部内容作为参考引入到本说明中。

背景技术

含有石墨烯结晶的碳粒子作为二次电池、双电层电容器等的构成材料被使用。作为代表性的含有石墨烯的碳粒子，可以列举出石墨粒子。作为涉及含有石墨烯的碳粒子的技术文献，可以列举出专利文献1、2和非专利文献1。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国专利申请公开2004-178819号公报

专利文献2：日本国专利申请公开2007-320841号公报

非专利文献

非专利文献1：Ki，Chul Park，Seong-Yun Kim，Hitoshi Yamazaki，Hiroshi Tomiyasu，Production of carbon soot in subcriticaland supercritical water.6th Conference on supercritical fluids and theirapplications，September 9-12，2001.

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1中提出了使用石墨结晶排列成放射状的球状石墨作为非水电解质二次电池的负极。但该方法通过对球状碳在高温(典型的是2800℃～3000℃)下烧成来石墨化，所以能耗大。此外，专利文献1所述的方法，要制造小粒径(例如粒径小于1μm即亚微米级别)的碳粒子是困难的。

非专利文献1中记载了，通过在超临界状态或亚临界状态的水中使碳源与过氧化氢作用，来生成含有石墨烯的碳粒子的技术。本发明对该方法进行了进一步的发展，目的是提供具有希望的构造的含有石墨烯的碳粒子和有效制造以该碳粒子作为主要构成要素的碳材料的方法。本发明的另一目的是，提供小粒径的、具有在该粒子中含有的石墨烯的大部分相对粒子表面倾斜配置的构造的碳粒子和以该碳粒子作为主要构成要素的碳材料。进而另一目的是提供使用这样的碳材料而成的非水电解质二次电池和电容器。

解决课题的方法

根据本发明，提供以含有石墨烯的碳粒子做为主要构成要素(即，占50质量％以上的要素)的碳材料的制造方法。该方法包括通过将含有作为起始原料的有机物、过氧化氢和水的混合物保持在温度300℃～1000℃并且压力22MPa以上的条件下来生成碳粒子的工序(碳粒子生成工序)。此外，还包括对该碳粒子进行加热处理的工序(加热处理工序)。这样在高温高压条件下(典型的是在超临界水或亚临界水中)使上述有机物与过氧化氢(H₂O₂)作用，生成碳粒子，并对该碳粒子进行加热处理，可以有效制造以预期构造的含有石墨烯的碳粒子作为主要构成要素的碳材料。上述加热处理典型的是在比上述碳粒子生成工序中的保持温度更高的温度下进行。

需说明的是，在下面的说明中，对于碳粒子生成工序中得到的、没有进行上述加热处理的碳粒子，为了将其与加热处理后的碳粒子区别开，有时称其为“原碳粒子”。此外，对于原碳粒子加热处理后的碳粒子，为了将其与没有进行该加热处理的碳粒子区别开，有时将其称作“加热后碳粒子”。

通过上述方法制造的碳材料是实质上由上述加热处理后的碳粒子构成的碳材料。因此，本发明，另一方面，提供含有石墨烯的碳粒子的制造方法。该方法包括通过将含有作为起始原料的有机物、过氧化氢和水的混合物保持在温度300℃～1000℃并且压力22MPa以上的条件下来从上述有机物生成碳粒子(原碳粒子)的工序。此外，还可以包括对该碳粒子进行加热处理，来得到加热后碳粒子的工序。上述加热处理典型的是，在比上述碳粒子生成工序中的保持温度更高的温度下进行。

在本文公开的任一方法中，作为上述起始原料优选使用的有机物，列举出烃。上述加热处理时的处理温度在例如600℃～2000℃范围。