[發(fā)明專利]碳質(zhì)材料、以及雙電層電容器用電極材料、雙電層電容器用電極和雙電層電容器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780030509.2
• 申請(qǐng)日: 2017-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN109074968B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 小林祥平;松島基實(shí);木町圣也;巖崎秀治
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社可樂麗
• 主分類號(hào): H01G11/42
• 分類號(hào): H01G11/42;C01B32/318;C01B32/336;C01B32/354;H01G11/20;H01G11/34;H01G11/86;H01G11/24
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬倩;楊戩

本發(fā)明的目的在于，提供具有高電容、進(jìn)一步能夠遍及長(zhǎng)時(shí)間維持高的電容和能量密度的雙電層電容器中使用的碳質(zhì)材料和其制造方法。碳質(zhì)材料，其通過BET法而得到的比表面積為1,200m²/g~1,800m²/g，通過拉曼光譜而得到的R值為1.2以上，G帶半峰寬為70cm^?1以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳質(zhì)材料。此外，本發(fā)明涉及含有該碳質(zhì)材料的雙電層電容器用電極材料、雙電層電容器用電極、和雙電層電容器。

背景技術(shù)

雙電層電容器(Electric Double Layer Capacitor)是在活性炭等多孔質(zhì)碳電極內(nèi)的細(xì)孔表面上形成的離子吸附層、即雙電層中蓄積電荷的蓄電設(shè)備，能夠充電而反復(fù)使用。該雙電層電容器由于是長(zhǎng)壽命且高輸出的，因此作為計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器的備份電源、瞬間停電時(shí)的備份電源而普及，最近作為鐵道車輛上搭載的電力儲(chǔ)存系統(tǒng)、混合動(dòng)力汽車的輔助電源而急劇受到關(guān)注。

此外，近年，為了改善雙電層電容器的能量密度，開發(fā)了在電極材料中不僅活用活性炭電極，而且還活用鋰離子二次電池的活性物質(zhì)的混合電容器。作為該混合電容器之一，有鋰離子電容器。該鋰離子電容器分別在正極使用活性炭，在負(fù)極使用鋰離子電池負(fù)極用碳材料，在電解液使用鋰離子電池用有機(jī)系電解液。

雙電層電容器通過在浸漬于電解液的正極、負(fù)極各自的活性炭電極間連接電源而施加電壓，由此進(jìn)行充電。充電時(shí)，電解質(zhì)離子吸附于電極表面。具體而言，分別在正極吸引電解液中的陰離子，在負(fù)極吸引電解液中的陽離子，形成雙電層。該狀態(tài)撤掉電源也得以維持，維持蓄電狀態(tài)而不利用化學(xué)反應(yīng)。放電時(shí)吸附的陽離子以及陰離子從各自的電極上脫離。像這樣，充放電的過程中對(duì)電容器材料也不伴隨任何變化，因此不存在因化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的發(fā)熱、劣化，能夠保證長(zhǎng)壽命。

雙電層電容器一般而言與二次電池相比，具有的特征在于：(1)以高速充放電、(2)循環(huán)壽命長(zhǎng)、(3)電極、電解質(zhì)中不使用重金屬而對(duì)環(huán)境友好。這些特征的原因在于，通過離子的物理的吸附脫離而操作，不伴隨化學(xué)物種的電子移動(dòng)反應(yīng)。

在雙電層電容器的開發(fā)中，例如專利文獻(xiàn)1中公開了在對(duì)碳纖維紡織布進(jìn)行激活處理后，通過在不活性氣體氛圍下、700～1,000℃下進(jìn)行熱處理，從而去除吸附于活性碳纖維紡織布的水分、表面官能團(tuán)，由此得到高耐電壓且長(zhǎng)期可靠性優(yōu)異的雙電層電容器。

此外，專利文獻(xiàn)2中，考慮到電解質(zhì)溶液的分解是因?yàn)樵谡龢O內(nèi)部產(chǎn)生的水分所導(dǎo)致的酸所引起的，公開了在活性炭極化電極中添加各種抑酸劑的例子。

進(jìn)一步，專利文獻(xiàn)3中，考慮到因所產(chǎn)生的水分電解而生成的氫離子，引起電解質(zhì)溶液的分解，公開了通過與氫離子反應(yīng)或?qū)⑵湮諒亩鴾p少氫離子、例如將鋁粉末添加于電極內(nèi)部的例子。

專利文獻(xiàn)4中，公開了通過使作為極化電極的主要成分的碳質(zhì)材料的表面官能團(tuán)與有機(jī)硅化合物反應(yīng)而以化學(xué)鍵封端，從而抑制因表面官能團(tuán)而導(dǎo)致的氣體產(chǎn)生、與電解質(zhì)溶液的反應(yīng)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2003-209029號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2007-73810號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本特開平10-106900號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)4：日本特開2008-252062號(hào)公報(bào)

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：“下一代電容器開發(fā)最前線”直井勝?gòu)⑽饕岸乇O(jiān)制，技術(shù)教育出版社，2009，P91和P141。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的課題