[发明专利]多孔碳及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔碳及其制造方法，特别是涉及具备中孔的多孔碳及其制造方法。

背景技术

作为多孔碳的制造方法，众所周知有将木材浆液、锯末、椰子壳、棉籽壳、稻壳等纤维质，或谷、稗、玉米等淀粉质，木质素等的植物性原料，煤、焦油、石油沥青等矿物性原料，以及酚醛树脂、聚丙烯腈等合成树脂等作为原料，并在非氧化性气氛下对其进行加热使其碳化的方法，此外，还已知有使用药剂对这些碳化物（活性碳）进行处理而使其赋活化的方法。

此外，最近确认：如果使用氢氧化钾作为赋活用的药剂，将其与有机树脂混合并在非氧化性气氛下加热，则可以得到比表面积高达3000m²/g的活性碳的技术，从而该技术受到关注（参照下述专利文献1）。

然而，就该方法而言，其在工业规模的实用化方面仍存在有较多问题：相对于有机树脂而需要有4倍量以上的赋活剂；虽然为此尝试进行钾的回收再利用，但回收率低且成本增高；而且，在用于赋活的加热工序中，碱金属挥发而使加热炉污染甚至损坏，并且在用作各种工业材料时也成为发生浸蚀的原因；此外，使用碱金属化合物处理过的活性碳的可燃性高、容易着火等。

考虑到上述情况，提出了一种活性碳的制造方法，其包括将有机树脂、和选自碱土类金属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、有机酸盐中的碱土类金属化合物的至少1种混合，并在非氧化性气氛下进行加热烧成的工序（参照下述专利文献2）。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9－86914号公报

专利文献2：日本特开2006－062954号公报

发明内容

发明所要解决的问题

如上所述，多孔碳可通过各种方法进行制造，但为了改进特性，还尝试了对该多孔碳的进一步加热处理。然而，在对上述多孔碳进行加热处理时，不仅结晶性未提高（未能石墨化），而且比表面积变小，存在非但是所期待的特性的改良，就连原有特性也变差的问题。

用于解决问题的方法

本发明特征在于，具备中孔和构成该中孔的外轮廓的碳质壁，并且上述碳质壁中存在有呈层状结构的部分。

碳质壁中的呈层状结构的部分可以说是结晶质发达。该层状结构通常是通过在一定温度以上对碳材料进行加热处理而生成的。然而，由于碳材料在加热处理中发生收缩，因此碳材料中的孔坍塌，比表面积变小，难以得到为结晶质且比表面积高的多孔碳。本发明的多孔碳具有中孔和构成该中孔的外轮廓的碳质壁，因此认为其能够承受加热处理中的收缩，可以在该碳质壁中形成层状结构。即，由于本发明的多孔碳中存在中孔，因此可以抑制比表面积变小。如上所述，由于在比表面积为某种程度的大小的状态下，结晶质部分发达，因此本发明的多孔碳可以用于各种领域（例如，气体吸附材料、非水电解质电池的负极材料、电容器的电极材料等）。

需要说明的是，不需要碳质壁的所有部分都成为层状结构，也可以部分地存在非晶质部分。此外，在本发明的多孔碳中，中孔是必须的，但微孔不是必须的。因此，微孔可以存在，也可以不存在。

此处，在本说明书中，将细孔直径小于2nm的孔称为微孔，将细孔直径为2～50nm的孔称为中孔。

优选上述碳质壁呈三维网眼结构。

如果碳质壁呈三维网眼结构，则在多孔碳的用途需要弹性时，也可以适用本发明的多孔碳。此外，在使用本发明的多孔碳作为气体吸附剂时，由于不会阻碍气体的流动，因此气体吸附能力提高，而且，在使用本发明的多孔碳作为非水电解质电池的负极材料、电容器的电极材料时，锂离子等可以顺畅地移动。

优选比表面积为200m²/g以上。

如果比表面积小于200m²/g，则存在有难以形成三维网眼结构的问题，并且气孔的形成量不足，有时气体吸附能力降低。另一方面，优选比表面积为1500m²/g以下。如果比表面积超过1500m²/g，则无法保持碳质壁的形状，并且存在有无法充分形成中孔的可能性。

上述中孔优选为开放气孔，并成为气孔部分连续的结构。

如果是上述结构，则在使用本发明的多孔碳作为气体吸附剂时，气体的流动顺畅，因此更容易补充气体。此外，在用作非水电解质电池的负极材料、电容器的电极材料时，锂离子等可以顺畅地移动。

优选上述中孔的容量为0.2ml/g以上。

其原因在于，如果中孔的容量小于0.2ml/g，则难以确保比表面积，此外，存在有相对压力较高时的气体吸附能力降低的可能性。