[发明专利]双电层电容器电极用活性炭及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及双电层电容器电极用活性炭以及此类活性炭的生产方法。

背景技术

活性炭由碳材料如被活化从而具有多孔结构的碳化椰子壳、石油焦炭或煤焦炭制成。作为多孔的并且因此具有大的表面积的活性炭已经广泛地用作吸收剂、催化剂载体以及用于双层电容器和锂二次电池的电极材料。特别地，为了增加在可以用于混合动力车等的双电层电容器的能量密度，即电容量，已需要将具有有效地形成于其上的细孔、结晶度高和表面积大的活性炭用作电容器用电极材料。

对于可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炭的工业生产，通常使用活化方法，在所述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气氛中在600至1200℃的温度下加热，从而使碱金属进入所得石墨结晶层之间，并与之反应(专利文献1)。在该类型的活化中，碱金属进入其中层压缩合的多环烃的层状结构，结果形成细孔。

在通过用碱金属活化剂(alkali activator)活化碳材料来生产双电层电容器电极用活性炭的方法中，活化剂相对于碳材料通常以2至4倍以上的质量比的量混合。特别地，当目标比表面积大到2000至3000m²/g的范围时，也以增加“活化剂/碳材料”的比来生产活性炭。然而，由于碱金属活化剂占生产成本的比例大，因此需要碱金属活化剂的使用比例尽可能低。

在混合碳材料和碱金属活化剂的情况下，碳材料为防水的，因而在与水溶性的碱金属活化剂的润湿性上差。活化剂和碳材料的简单混合导致二者之间不充分的接触，因而大量活化剂未用于反应。因此，所得产物(活性炭)的比表面积小。

已知用于使碱金属活化剂与碳材料强有力地接触的方法，其中用球磨机或亨舍尔混合机(Henchel mixer)将它们机械混合，其中在熔融状态下混合碱金属活化剂(专利文献2)。然而，在任一方法中，需要以比理论量大的量使用活化剂，以有效促进反应，但引起成本增加。

文献列表

专利文献

专利文献1：日本专利特开公布2006-059923号

专利文献2：日本专利特开公布2002-134369号

发明内容

发明要解决的问题

本发明的发明人在其下面的想法的基础上进行了各种研究和探索，所述想法为在碳材料与碱金属活化剂的润湿性上的改进可改善碳材料与活化剂的接触效率，从而可使碳材料与碱金属活化剂的反应有效地进行。

结果，已在如下发现的基础上完成本发明：将碳材料调整为具有0.5至15μm的平均粒径以产生碳粉，然后氧化所述碳粉以便产生含有3质量%以上的氧的氧化产物，这可显著改善与碱金属活化剂的润湿性，而氧化产物的使用可改善与碱金属活化剂的接触效率，从而还可活化如果使用常规方法仍保持未活化的部分，因此可以生产具有很大表面积的活性炭。

即，根据本发明，在生产具有与常规方法相同的比表面积的活性炭的情况下，可用较小量活化剂进行活化，并使活化反应均匀地进行，产生与常规产品相比优异的活性炭产品。

用于解决问题的方案

即，本发明涉及一种用于生产双电层电容器电极用活性炭的方法，其包括：调整碳材料本身或已煅烧后的碳材料，从而产生具有平均粒径为0.5至15μm的碳粉；氧化所述碳粉以便含有3质量%以上的氧；和用碱金属活化剂活化氧化产物。

本发明还涉及前述方法，其中所述碳材料为可石墨化的。

本发明还涉及其中所述煅烧温度为500至900℃的前述方法。

本发明还涉及其中所述氧化产物和碱金属活化剂的混合比为在氧化产物:碱金属活化剂=1:1至1:4(质量比)的范围内的前述方法。

本发明还涉及由前述任一方法生产的双电层电容器电极用活性炭。

本发明还涉及一种双电层电容器，其包括前述活性炭作为电极。

发明的效果

根据本发明，碳材料与碱金属活化剂的反应可有效地快速进行，导致要使用的碱金属活化剂的量与之前相比降低，因而导致显著的生产成本的降低。本发明的方法可提供优良均匀性的活性炭，双电层电容器电极用活性炭的使用可提供具有每单位体积的大电容量的电容器。

附图说明

图1示出用于评价碳电极材料的结构。

图2示出用于测量电容器的初始特性(电容量、内部电阻)的方法。

具体实施方式

以下将详细描述本发明。