[發明專利]用于雙電層電容器中的電極的碳材料用的原料碳組合物

有效

• 申請號: 200580044222.2
• 申請日: 2005-12-21
• 公開（公告）號: CN101124646A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 田野保;中茂司郎;大山隆;尾野秀樹;豬飼慶三;竹下究
• 申請（專利權）人: 新日本石油株式會社
• 主分類號: H01G9/058
• 分類號: H01G9/058;C01B31/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 陳平

技術領域

本發明涉及一種用于雙電層電容器(以下稱為EDLC)中的電極的碳材料的原料碳組合物，由該組合物得到的電極用碳材料以及使用該碳材料作為電極用材料的雙電層電容器。

背景技術

用于制備EDLC電極用碳材料的常規方法的一個實例是其中原料碳(瀝青)直接或者在碳化(干餾)之后經過堿活化的方法。

其中直接活化原料瀝青的方法具有的問題是提供的EDLC的靜電容量只約為20F/cc。另一方面，已知的是，其中在干餾之后活化原料瀝青的方法提供高水平的靜電容量。

例如，專利文件1(日本專利公開2002-25867)公開了(在權利要求8中)一種用于制備無孔碳的方法，所述無孔碳包含類似于石墨的微晶碳，并且微晶碳具有等于或小于270m²/g的比表面積和0.360至0.380的層間距離d₀₀₂。所述方法包括下列步驟：使其中生長多層石墨微晶的易石墨化碳經過700至850℃的干餾以提供煅燒碳；將得到的煅燒碳連同苛性堿一起在800至900℃熱處理；和除去殘留的堿。使用以這種方法得到的碳電極的EDLC具有等于或大于29F/cc的高靜電容量。具體而言，以這種方法提供的EDLC使用通過下列方法得到的碳材料：在氮氣流中，將作為原料的石油基針狀焦炭或難熔化處理的瀝青在650至850℃熱處理(煅燒)2至4小時，隨后活化。

為了通過使中間相瀝青經過難熔化處理、碳化和堿活化而制備用于EDLC電極的活性炭，提出了其中塊狀中間相瀝青經過研磨、難熔化處理、碳化和堿活化的方法(專利文件2(日本專利公開2001-52972))。還提出了包括下列步驟的方法：熱處理(在400至800℃)軟化點為150至350℃，H/C為0.5至0.9并且光學各向異性率(optical?anisotropic?content)等于或大于50％的原料瀝青；將熱處理的瀝青研磨成平均直徑為5至90μm的顆粒；和活化得到的顆粒(在400至900℃)(專利文件3(日本專利公開2002-93667))。這些方法提供用于具有等于或大于30F/cc的高靜電容量的雙電層電容器中的電極的碳材料。然而，這些方法具有的缺點在于，不能重復得到高靜電容量，從而不能以穩定的方式產生高水平的靜電容量。為了解決這個問題，專利文件4(日本專利公開2004-182504)提出了其中使在c軸方向Lc(002)上的微晶厚度(通過X射線衍射測量)等于或大于5.0nm的瀝青碳化，然后活化的方法。具有這些特性的原料瀝青優選為通過下列方法得到的合成瀝青：在氟化氫和三氟化硼的存在下，使作為原料的具有至少一個烷基取代基的稠合多環烴在100至400℃聚合。還提出了將等于或大于5質量％的上述合成瀝青加入到沒有烷基取代基的廉價瀝青如萘瀝青和蒽瀝青中。

專利文件5(日本專利公開2003-51430)公開了其中將原料碳加熱至600至900℃，然后活化的方法，所述原料碳包含具有類似于石墨的層狀晶體結構的微晶碳。當這種方法中使用的原料碳是其中通過X射線衍射測定的層間距離d₀₀₂等于或小于0.343nm，且通過X射線衍射測定的微晶碳的微晶尺寸Lc₀₀₂為3.0nm的原料碳組合物時，得到靜電容量等于或大于30F/cc的EDLC。

專利文件1：日本專利公開2002-25867(在權利要求8中)

專利文件2：日本專利公開2001-52972

專利文件3：日本專利公開2002-93667

專利文件4：日本專利公開2004-182504

專利文件5：日本專利公開2003-51430

發明內容

本發明將要解決的問題

盡管常規方法提供高水平的靜電容量，但是間隙不同(inter-lot?variation)的原料瀝青不利地防止產生需要的特性，特別是可重復性良好的高水平靜電容量。根據專利文件4，盡管可重復性得到保證，但是制備合成瀝青的需要在成本方面是不利的。

此外，通過X射線衍射測定的微晶的定義(definition)未必表示(shomasshe)原料碳組合物的整體特性。這可以從″Handbook：carbonfamily″(編輯：Michio?Inagaki，Agne?Shofu?Publishing?Inc.)中的下列描述得到理解：″當發現微晶的選擇性取向(在幾乎所有碳材料中都發現了選擇性取向)時，X射線衍射可以提供關于受限微晶的信息″。可能由于此原因，石油焦炭等尤其不能以可重復的方式產生高水平的靜電容量。