[发明专利]用于双电层电容器中的电极的碳材料用的原料碳组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于双电层电容器(以下称为EDLC)中的电极的碳材料的原料碳组合物，由该组合物得到的电极用碳材料以及使用该碳材料作为电极用材料的双电层电容器。

背景技术

用于制备EDLC电极用碳材料的常规方法的一个实例是其中原料碳(沥青)直接或者在碳化(干馏)之后经过碱活化的方法。

其中直接活化原料沥青的方法具有的问题是提供的EDLC的静电容量只约为20F/cc。另一方面，已知的是，其中在干馏之后活化原料沥青的方法提供高水平的静电容量。

例如，专利文件1(日本专利公开2002-25867)公开了(在权利要求8中)一种用于制备无孔碳的方法，所述无孔碳包含类似于石墨的微晶碳，并且微晶碳具有等于或小于270m²/g的比表面积和0.360至0.380的层间距离d₀₀₂。所述方法包括下列步骤：使其中生长多层石墨微晶的易石墨化碳经过700至850℃的干馏以提供煅烧碳；将得到的煅烧碳连同苛性碱一起在800至900℃热处理；和除去残留的碱。使用以这种方法得到的碳电极的EDLC具有等于或大于29F/cc的高静电容量。具体而言，以这种方法提供的EDLC使用通过下列方法得到的碳材料：在氮气流中，将作为原料的石油基针状焦炭或难熔化处理的沥青在650至850℃热处理(煅烧)2至4小时，随后活化。

为了通过使中间相沥青经过难熔化处理、碳化和碱活化而制备用于EDLC电极的活性炭，提出了其中块状中间相沥青经过研磨、难熔化处理、碳化和碱活化的方法(专利文件2(日本专利公开2001-52972))。还提出了包括下列步骤的方法：热处理(在400至800℃)软化点为150至350℃，H/C为0.5至0.9并且光学各向异性率(optical anisotropic content)等于或大于50％的原料沥青；将热处理的沥青研磨成平均直径为5至90μm的颗粒；和活化得到的颗粒(在400至900℃)(专利文件3(日本专利公开2002-93667))。这些方法提供用于具有等于或大于30F/cc的高静电容量的双电层电容器中的电极的碳材料。然而，这些方法具有的缺点在于，不能重复得到高静电容量，从而不能以稳定的方式产生高水平的静电容量。为了解决这个问题，专利文件4(日本专利公开2004-182504)提出了其中使在c轴方向Lc(002)上的微晶厚度(通过X射线衍射测量)等于或大于5.0nm的沥青碳化，然后活化的方法。具有这些特性的原料沥青优选为通过下列方法得到的合成沥青：在氟化氢和三氟化硼的存在下，使作为原料的具有至少一个烷基取代基的稠合多环烃在100至400℃聚合。还提出了将等于或大于5质量％的上述合成沥青加入到没有烷基取代基的廉价沥青如萘沥青和蒽沥青中。

专利文件5(日本专利公开2003-51430)公开了其中将原料碳加热至600至900℃，然后活化的方法，所述原料碳包含具有类似于石墨的层状晶体结构的微晶碳。当这种方法中使用的原料碳是其中通过X射线衍射测定的层间距离d₀₀₂等于或小于0.343nm，且通过X射线衍射测定的微晶碳的微晶尺寸Lc₀₀₂为3.0nm的原料碳组合物时，得到静电容量等于或大于30F/cc的EDLC。

专利文件1：日本专利公开2002-25867(在权利要求8中)

专利文件2：日本专利公开2001-52972

专利文件3：日本专利公开2002-93667

专利文件4：日本专利公开2004-182504

专利文件5：日本专利公开2003-51430

发明内容

本发明将要解决的问题

尽管常规方法提供高水平的静电容量，但是间隙不同(inter-lot variation)的原料沥青不利地防止产生需要的特性，特别是可重复性良好的高水平静电容量。根据专利文件4，尽管可重复性得到保证，但是制备合成沥青的需要在成本方面是不利的。

此外，通过X射线衍射测定的微晶的定义(definition)未必表示(shomasshe)原料碳组合物的整体特性。这可以从″Handbook：carbonfamily″(编辑：Michio Inagaki，Agne Shofu Publishing Inc.)中的下列描述得到理解：″当发现微晶的选择性取向(在几乎所有碳材料中都发现了选择性取向)时，X射线衍射可以提供关于受限微晶的信息″。可能由于此原因，石油焦炭等尤其不能以可重复的方式产生高水平的静电容量。