[發(fā)明專利]活性炭、其制造方法及可極化電極

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710136210.3
• 申請日: 2003-11-12
• 公開（公告）號: CN101100296A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田中昌子
• 申請（專利權(quán)）人: 昭和電工株式會社
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所
• 代理人: 楊曉光;李崢

相關(guān)申請的交叉引用

本申請根據(jù)35?U.S.C.111(a)的規(guī)定提出，并根據(jù)35?U.S.C.119(e)(1)，要求根據(jù)35?U.S.C.111(b)于2002年11月25日提交的美國臨時申請60/428,714的權(quán)益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及活性炭，尤其涉及用于電雙層電容器(也稱作電雙層儲電器)中的活性炭。更具體的是，本發(fā)明涉及，適于用作如下的電容器的電極材料的活性炭，所述電容器具有高電容量和高耐久性；其制造方法；利用所述活性炭的電雙層電容器電極(可極化電極)；以及具有所述電極的電雙層電容器。

背景技術(shù)

電雙層電容器具有的特征不同于在電池中所表現(xiàn)的特征，例如，電雙層電容器可以迅速地充電或放電、高度耐過量充電和過量放電、由于不包括化學(xué)反應(yīng)而被確保有長壽命、在寬溫度范圍上可用、以及由于不包括重金屬而對環(huán)境有利。因此，目前電雙層電容器已經(jīng)被用作存儲器備用電源或類似物。而且，隨著近來的大容量電容器的快速發(fā)展，對高性能能量裝置的使用的開發(fā)正在進行，并且開展了如下研究，所述研究通過將電容器與太陽能電池或燃料電池結(jié)合，而在電力存儲系統(tǒng)、混合式汽車(hybridcar)的發(fā)動機輔助、或類似物中使用所述電容器。

電雙層電容器具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中一對正和負(fù)可極化電極在溶液中通過隔離物彼此相對，所述每個電極由活性炭或類似物形成，所述溶液包括電解離子。當(dāng)對電極施加直流電壓，溶液中的陰離子被吸引到極化為正(+)的電極的一側(cè)，而溶液中的陽離子被吸引到極化為負(fù)(-)的電極的一側(cè)，從而在電極與溶液之間的界面上形成電雙層，并且將所述電雙層用作電能。

常規(guī)的電雙層電容器的功率密度良好，但是，另一方面，不利的是，其能量密度較差。為了實現(xiàn)在能量裝置中的使用，必須開發(fā)出電容量更大的電容器。為了增加電雙層電容器的電容量，不可避免地需要開發(fā)這樣的電極材料，所述材料在電極和溶液之間形成多個電雙層。

因此，已經(jīng)研究了對比表面積較大的活性炭的應(yīng)用，以試圖形成更多的電雙層。然而，活性炭具有的問題是，電極密度減小，從而每單位體積的電容量(F/ml)沒有如希望地增加，盡管每單位質(zhì)量的電容量(F/g)較好。

近年來，已經(jīng)提出了這樣的技術(shù)，所述技術(shù)制造具有類似于石墨的微晶的活性炭，并利用其作為可極化電極的生料(參考，例如JP-A-11-317333)。該活性炭的優(yōu)點在于，利用其作為可極化電極的生料的電雙層電容器具有大電容量(F/ml)。

已經(jīng)提出了這樣的活性炭，所述活性炭通過如下獲得：在堿金屬的氫氧化物的共存下加熱來自瀝青的碳材料、并從而活化該材料(參考，例如，JP-A-258996)。另外，已經(jīng)提出了這樣的電雙層電容器，其具有高電極密度和大的單位體積的電容量，所述電容器通過這樣獲得：堿性活化結(jié)晶度較高、被稱為中間相瀝青的碳材料(參考，例如，JP-A-10-121336)。

然而，這些活性炭還具有問題，并不是令人滿意的。尤其是，JP-A-11-317333的活性炭在被施加電壓時發(fā)生膨脹，所述膨脹可能損壞單元。為了防止膨脹，需要限制結(jié)構(gòu)的尺寸，這在組裝電容器的操作中產(chǎn)生了大問題。另外，只有預(yù)先施加4V的電壓，電容量才表現(xiàn)(express)出來，這樣可能分解電解溶液。

JP-A-5-258996和JP-A-10-121336的活性炭的問題在于，盡管電容量較大(F/g)，但是電極的密度由于孔的過量生長而減小，從而導(dǎo)致小的電容量(F/ml)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是，提供這樣的活性炭，其可以在不施加過大的電壓下，增加電雙層電容器中的每個電極的電容量，本發(fā)明還提供了制造所述活性炭的方法。本發(fā)明的另一個目的是，提供這樣的電雙層電容器，其防止電極的膨脹，并具有高可靠性，所述電容器是利用上述活性炭作為電極材料的高電容量電容器。

為解決這些問題進行了廣泛研究，從而實現(xiàn)本發(fā)明，并提供了下列發(fā)明：

1.一種制造活性炭的方法，包括以下步驟：在活性炭生料中添加堿土金屬化合物，并對其加熱處理；以及，將通過所述加熱處理產(chǎn)生的碳化產(chǎn)物與堿金屬化合物混合并加熱，從而將其活化。

2.一種制造活性炭的方法，包括以下步驟：在活性炭生料中添加堿土金屬化合物，并在堿金屬化合物的蒸汽中對其加熱處理；以及，將通過所述加熱處理產(chǎn)生的碳化產(chǎn)物與堿金屬化合物混合并加熱，從而將其活化。