[发明专利]高比表面积的活性碳微球及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种活性碳及其制造方法，特别是有关于一种提高产率的高比表面积的活性碳微球及其制造方法。 

背景技术

由于超级电容(supercapacitor)是指利用活性碳作为电极，通过活性碳的空孔增加表面积，吸附更多的电子，而增加电容的储电量。相较于传统化学电池，超级电容具有许多优点，诸如电流密度大(体积小但电容量大)、工作频率高(可达1000Hz)、使用寿命长(至少10年以上)、工作电压范围大(1～100V均可)、ESR串联电阻小、瞬间放电量大、生产材料环保、充电时间短等，因此在应用范围上十分广泛。 

超级电容器的关键材料之一就是活性碳。碳材必须经过活化，才能得到高比表面积的活性碳，其中碳材活化方式简述如下。 

美国专利公开号US 2007/0128519 A1是揭露一种于缩聚合反应后的石油系列沥青，经解碎后以碱金族氢氧化物(例如NaOH)为活化剂，于100～380℃温度间进行活化，并于500～700℃进行活化，所得的活性碳粉80～85%搭配10～15%黏结剂与1%导电碳黑进行EDLC制作，所得的比容量可达30～40F/g。然而，此方法的缺点在于解碎成粒状的活化反应前驱物，必须耗费较长活化时间达到深层活化后，才可得到高比表面积的产品。但经深层活化后，活性碳产品的结构容易崩解，导致强度不足，无法于极片制程中耐受高压力的辗压，影响制得的电极片比容量(specific capacity)大小。 

美国专利公告号US 7,709,415揭露一种活性碳的制造方法，其是利用碳粉混合氢氧化钾或氢氧化钠等化学活化剂，搀入少许的溶剂后进行混合、调制成固状并进行制粒。虽然以揑合方式造粒可有效将活化剂附着于待活化的碳粉表面，容易得到高比表面积的活性碳粉；使用异方性碳纤维经活化后，可提供规律排列的孔洞。然而，异方性碳纤维的成本过高，不容易量产。 

日本专利公开号JP2000-313611揭露一种利用多元醇(polyhydric alcohol)作为黏结剂，以制造粒状活化前驱物，进而制造活性碳。此方法利用甘油(glycerol)作为溶剂，其添加量为相对于碳粉总量的1～30wt.%，可得到的比表面积约1500m²/g的活性碳粉。虽然多元醇于室温具有一定量的黏结力，但温度微升即黏度降低，无法有效维持前驱物颗粒型态，容易在活化过程中崩解。 

中国专利公告号CN1224033揭露一种利用两种溶剂制造活性碳的方法，此二溶剂的一者是用于溶解活化剂，另一者则用于溶解黏结剂，借此提升活化剂与黏结剂在要活化的碳粉表面的均匀度。在例示中，此二溶剂的一者为水，用以溶解氢氧化钾等活化剂，另一者为吡啶(pyridine)，用以溶解黏结沥青等黏结剂。通过控制水与吡啶的混合比例，可得到接近球形的活性碳粉产物。然而，水与吡啶的极性差异较大，容易产生析出、分层等情形，使得氢氧化钾等活化剂与沥青混合不均，导致产品的活化后产生的孔洞不均。 

然而，上述已知制得的活性碳，其中间产物或终产物的强度不足、成本昂贵、活性碳的孔洞不均，难以应用至工业化量产。 

有鉴于此，亟需提供一种高比表面积的活性碳微球及其制造方法，以克服已知制程面临的种种问题。 

发明内容

因此，本发明的一目的是在提供一种高比表面积的活性碳微球的制造方法，其是于碳微球进行活化步骤之前，利用湿式混合步骤充分混合碳微球与碱性活化剂，有效克服已知干式混合步骤，以避免在制程中因气体吹拂而损失碳微球，借此大幅提高活性碳微球的产率。 

其次，本发明的另一目的是在提供一种高比表面积的活性碳微球，其是利用上述方法制得。所得的高比表面积的活性碳微球具有优异的比表面积、总孔容积以及产率。 

根据本发明的上述目的，提出一种高比表面积的活性碳微球的制造方法。在一实施例中，首先，进行湿式混合步骤，其是于第一温度下，混合混合溶液达4小时。在一例子中，混合溶液是由碳微球、碱性活化剂以及非有机溶剂所组成，其中碳微球为中间相沥青碳微球，中间相沥青碳微球与碱性活化 剂的合计使用量，与非有机溶剂的使用量，两者的重量比可例如为3：1至5：1，且第一温度为低于非有机溶剂的沸点。 

接下来，进行第一干燥步骤，其是于第二温度下，去除上述混合溶液的非有机溶剂，以获得中间产物，其中第二温度为不低于非有机溶剂的沸点。