[發明專利]雙電層電容器電極用活性炭的生產方法

有效

• 申請號: 200880023298.0
• 申請日: 2008-07-03
• 公開（公告）號: CN101730661A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 藤井政喜;田口晉也;豬飼慶三;加藤洋;五十嵐一公;木內規之;中村勉;竹下究
• 申請（專利權）人: 新日本石油株式會社
• 主分類號: C01B31/12
• 分類號: C01B31/12;H01G9/00;H01G9/058
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術領域

本發明涉及雙電層電容器電極用活性炭的生產方法。

背景技術

活性炭由碳材料如炭化椰子殼、石油焦炭或煤焦炭制成， 其被活化以具有多孔結構。多孔且因而具有大的表面積的活性 炭已廣泛用作雙層電容器和鋰二次電池用電極材料。特別地， 為了增大能量密度，即在混合動力車等中使用的雙電層電容器 的電容，已要求將具有有效形成的細孔、高結晶度和大的表面 積的活性炭用作電容器用電極材料。

對于能夠用作雙電層電容器的電極材料的具有有效形成的 細孔的此類活性炭的工業生產，通常使用活化方法，其中將碳 材料如石油焦炭和堿金屬化合物如氫氧化鉀在600至1200℃的 溫度下在惰性氣體氣氛中加熱，以使得堿金屬進入其間并與石 墨晶體層反應。在此活化中，堿金屬進入層狀結構(layered structure)，在該層狀結構中稠多環烴分層，由此形成細孔。

為了生產雙電層電容器電極，通過堿活化生產的活性炭需 要具有相對大的表面積、小的平均粒徑和均一的粒徑，并且不 包含大顆粒。

特別在近年來，用于混合動力車和電車的雙電層電容器需 要在能量密度和輸出特性方面都是優良的。

通常，為了生產雙電層電容器電極，活性炭用球磨機研磨 以使粒徑均一，由此生產具有BET比表面積1300m²/g以上至 2200m²/g以下和平均粒徑1μm以上至7μm以下的活性炭(專利文 獻1)。在專利文獻2中，具有平均粒徑100nm至10μm的活性炭通 過球磨機研磨法來生產。

然而，在專利文獻3中報道：具有小直徑的活性炭用于提高 輸出特性。然而，這對于近來的大電流充放電應用來說是不充 分的。

(1)專利文獻1：日本專利申請特開公布2000-182904

(2)專利文獻2：日本專利申請特開公布2006-324183

(3)專利文獻3：日本專利申請特開公布2000-294416

發明內容

存在用于減小活性炭粒徑的方法，其中一種方法為研磨活 性炭至期望粒徑，另一種方法為活化細原料以生產活性炭。不 優選前者，因為細孔被壓碎，導致比表面積減小。后者引起如 下問題：所得活性炭將具有比其原料更大的粒徑，因為顆粒通 過活化而彼此熔合(fuse)。

作為廣泛學習與研究能夠容易工業生產具有小粒徑、均一 粒徑和相對大的比表面積的活性炭，并還能夠除去活化后的研 磨步驟從而降低成本的方法的結果，基于如下發現完成本發明： 活化步驟期間的顆粒熔合能夠通過調整煅燒后碳材料中氫/碳 原子比(H/C)和揮發性組分(volatile?component)的減少率 (reduction?rate)至一定水平以上來防止。

即，本發明涉及雙電層電容器電極用活性炭的生產方法， 所述活性炭具有0.5至7μm的平均粒徑和1500至3000m²/g的BET 比表面積，所述方法包括煅燒容易石墨化的碳材料和活化該碳 材料的步驟，該煅燒步驟使得煅燒后該碳材料中氫/碳原子比 (H/C)和揮發性組分的減少率分別為4％以上和5％以上。

本發明還涉及其中煅燒溫度為500至700℃的前述方法。

本發明還涉及其中容易石墨化的碳材料的平均粒徑為3μm 以下的前述方法。

本發明還涉及通過任一種前述方法生產的雙電層電容器電 極用活性炭。

本發明還涉及包含前述活性炭的雙電層電容器。

本發明的效果

本發明能夠容易并廉價地生產具有小粒徑、均一粒徑和相 對大的比表面積的雙電層電容器用活性炭。通過本發明生產的 活性炭的使用提供具有大的每單位體積的電容和優良的輸出特 性的活性炭。

附圖說明

圖1示出實施例1中活性炭和活化前碳化物的粒度分布曲 線。

圖2示出實施例2中活性炭和活化前碳化物的粒度分布曲 線。

圖3示出用于評價電容器的層疊電池的構造。

圖4示出電容器初期特性的測量方法。

具體實施方式

下面將更詳細地描述本發明。

在本發明中，重要的是將容易石墨化的碳材料用作原料并 煅燒，以使煅燒后碳材料中氫/碳原子比(H/C)和揮發性組分的 減少率分別為4％以上和5％以上。