电容器用电极活性物质和使用所述电极活性物质的电容器制造技术

一种电容器用电极活性物质，所述电极活性物质包含多孔碳材料。所述多孔碳材料的BET比表面积为800m2/g以上。所述多孔碳材料的用Cukα射线得到的X射线衍射图像在2θ＝40°～50°处具有峰Pk，峰Pk包含归属于金刚石晶体的(111)面的峰Pd111的成分。当所述X射线衍射图像具有归属于石墨的(002)面的峰PG002时，PG002的强度IG002相对于Pk的强度Ik之比(IG002/Ik)为3.0以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电容器用电极活性物质和使用所述电极活性物质的电容器
本专利技术涉及包含多孔碳材料的电容器用电极活性物质，并且涉及使用所述电容器用电极活性物质的电容器，诸如双电层电容器(EDLC)或锂离子电容器(LIC)。
技术介绍
非专利文献1公开了从非晶质材料到石墨的具有各种结构的碳材料可以通过使金属碳化物氯化而制造。根据非专利文献1，生成的碳材料的结构和孔径分布根据金属碳化物的类型和反应条件而变化。专利文献1公开了将通过使金属碳化物氯化而获得的多孔碳材料用作双电层电容器用电极活性物质。具体地，通过在900℃～1000℃下使TiC与氯反应而生成具有纳米级孔的多孔碳材料。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特表2004-513529号公报(PCT申请的译文)非专利文献非专利文献1：VolkerPresser，MinHeon和YuryGogotsi，‘Carbide-DerivedCarbons-FromPorousNetworkstoNanotubesandGraphene(源自碳化物的碳-从多孔网络到纳米管和石墨烯)’，ADVANCEDFUNCTIONALMATERIALS(高级功能材料)，pp.810-833(2011)。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题如上所述，使金属碳化物与氯气反应的方法作为用于生成多孔碳材料的方法是已知的，并且已经研究了将生成的多孔碳材料用作电容器用电极材料。然而，通过氯化反应获得的这种多孔碳材料具有各种结构，因此不一定具有电容器用电极活性物质的最佳结构。因此，期望控制多孔碳材料的精细结构，从而可以尽可能大地增加多孔碳材料作为电容器用电极活性物质的适用性。解决技术问题的技术方案本专利技术的一个方面涉及电容器用电极活性物质，所述电极活性物质包含多孔碳材料，其中所述多孔碳材料具有800m2/g以上的BET比表面积；所述多孔碳材料的用CuKα射线得到的X射线衍射图像在2θ＝40°～50°处具有峰Pk，所述峰Pk包含归属于金刚石晶体的(111)面的峰Pd111的成分；并且当X射线衍射图像具有归属于石墨的(002)面的峰PG002时，PG002的强度IG002对Pk的强度Ik之比(IG002/Ik)为3.0以下。在上述多孔碳材料中，Pk包含归属于金刚石晶体的(111)面的峰成分。因此，上述多孔碳材料被认为具有与金刚石的晶体结构相似的晶体结构。在此，已知金刚石晶体通常不具有电子传导性。因此，预期上述多孔碳材料的电子传导性也低。然而，尽管事实上上述多孔碳材料具有与金刚石的晶体结构相似的晶体结构，但上述多孔碳材料仍具有优异的电子传导性。此外，在各向同性方面，电子传导性比代表性碳材料如石墨的电子传导性更好。这种优异的各向同性被认为是源自与金刚石的晶体结构相似的晶体结构。此外，上述多孔碳材料具有优异的机械强度。即使上述多孔碳材料具有800m2/g以上的大的比表面积，也可以充分地保持电容器材料所需的强度。这种优异的机械强度也被认为源自与金刚石的晶体结构相似的晶体结构。Pk优选位于高于2θ＝43°的角度处。这是因为如果Pk位于高于2θ＝43°的角度处，则上述多孔碳材料被认为包含较大量的金刚石成分。优选在2θ＝10°处的强度为Pk的强度的3倍以上，更优选为5倍以上。这是因为当满足这种峰强度比时，充分地形成多孔碳材料的孔，在电容特性方面，优选这种多孔碳材料作为电容器用碳材料。由Pk的半峰宽确定的微晶的尺寸优选为1.0nm～10.0nm。当微晶的尺寸为10.0nm以下时，抑制金刚石晶体的固有特性，并且认为实现更好的电子传导性。当微晶的尺寸为1.0nm以上时，认为实现更好的机械强度和更好的电子传导性的各向同性。在多孔碳材料的体积基准的孔径分布中，孔径为1nm以下的孔的累积体积优选为总孔体积的80％以上。这显著地增加多孔碳材料的比表面积，这对于空间电荷层的形成是有利的。当通过预定的制造方法制造上述多孔碳材料时，在不进行用碱的活化处理或用水蒸汽的活化处理的情况下，上述多孔碳材料具有800m2/g以上的比表面积。因为不发生源自活化处理的杂质的混入，所以上述多孔碳材料中的碱金属元素含量可以为0ppm～400ppm。此外，上述多孔碳材料中的氢含量可以为0ppm～100ppm。通过使用其中碱金属元素含量为0ppm～400ppm的多孔碳材料或其中氢含量为0ppm～100ppm的多孔碳材料，显著地抑制在对电容器进行充电或放电时引起的副反应。本专利技术的另一方面涉及电容器，所述电容器具有第一电极、第二电极、置于第一电极与第二电极之间的隔膜和电解液，其中第一电极和第二电极中的至少一者包含上述的电容器用电极活性物质。这种电容器具有低电阻和优异的循环特性，因为所述电容器包含如下的多孔碳材料作为活性物质，其具有优异的电子传导性、优异的电子传导的各向同性和优异的机械强度。上述电容器用电解液优选包含选自如下中的至少一种作为阳离子：锂离子(Li+)、四乙基铵离子(TEA+)、三乙基单甲基铵离子(TEMA+)、1-乙基-3-甲基咪唑离子(EMI+)和N-甲基-N-丙基吡咯烷离子(MPPY+)，并且包含选自如下中的至少一种作为阴离子：六氟磷酸根离子(PF6-)、高氯酸根离子(ClO4-)、四氟硼酸根离子(BF4-)、双(草酸)硼酸离子(BC4O8-)、双(氟磺酰)亚胺离子(N(SO2F)2-)、双(三氟甲磺酰)亚胺离子(N(SO2CF3)2-)、双(五氟乙磺酰)亚胺离子(N(SO2C2F5)2-)和三氟甲磺酸根离子(CF3SO3-)。这种电解液具有优异的离子传导性和对电极的优异渗透性，由此提高电容器的特性。当电容器为具有正极、负极、置于正极与负极之间的隔膜和锂离子传导性的非水电解液的锂离子电容器时，所述非水电解液包含非水溶剂和可溶于非水溶剂的锂盐，所述非水溶剂为离子液体或有机溶剂。离子液体优选包含选自如下中的至少一种作为阳离子：1-乙基-3-甲基咪唑离子(EMI+)和N-甲基-N-丙基吡咯烷离子(MPPY+)，并且包含选自如下中的至少一种作为阴离子：双(氟磺酰)亚胺离子(N(SO2F)2-)、双(三氟甲磺酰)亚胺离子(N(SO2CF3)2-)、双(五氟乙磺酰)亚胺离子(N(SO2C2F5)2-)和三氟甲磺酸根离子(CF3SO3-)。这种非水电解液特别地具有优异的离子传导性和对电极的优异渗透性。有益效果使用根据本专利技术的电容器用电极活性物质，可以提供具有低电阻和优异的循环特性的电容器。附图说明[图1]图1示出通过使碳化硅(SiC)与氯气反应生成的多孔碳材料的实例的X射线衍射图像(波形X)，所述X射线衍射图像具有归属于金刚石晶体的(111)面的峰。[图2]图2是多孔碳材料的电子显微镜照片，示出具有层结构或洋葱状结构的碳微晶。[图3]图3示出通过使碳化钛(TiC)与氯气反应生成的多孔碳材料的X射线衍射图像(波形Y)和通过使碳化铝(Al4C3)与氯气反应生成的多孔碳材料的X射线衍射图像(波形Z)，以及用于比较的波形X。[图4]图4示出碳化硅与氯气反应时的加热温度和碳化硅的重量减少率之间的关系。[图5]图5示出碳化硅与氯气反应时的加热温度与生成的多孔碳材料的比表面积(BET法和通过Langmuir法的t-曲线)之间的关系。[图6]图6示出碳化硅与氯气反应时的加热温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容器用电极活性物质，其包含：多孔碳材料，其中所述多孔碳材料具有800m2/g以上的BET比表面积，所述多孔碳材料的用Cukα射线得到的X射线衍射图像在2θ＝40°～50°处具有峰Pk，所述峰Pk包含归属于金刚石晶体的(111)面的峰Pd111的成分，当所述X射线衍射图像具有归属于石墨的(002)面的峰PG002时，PG002的强度IG002对Pk的强度Ik之比(IG002/Ik)为3.0以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.28 JP 2012-2177261.一种电容器用电极活性物质，其包含：多孔碳材料，其中所述多孔碳材料具有800m2/g以上的BET比表面积，所述多孔碳材料的用CuKα射线得到的X射线衍射图像在2θ＝40°～50°处具有峰Pk，所述峰Pk包含归属于金刚石晶体的(111)面的峰Pd111的成分，当所述X射线衍射图像具有归属于石墨的(002)面的峰PG002时，PG002的强度IG002对Pk的强度Ik之比(IG002/Ik)为3.0以下，且由Pk的半峰宽确定的微晶尺寸为1.0nm～10.0nm。2.根据权利要求1所述的电容器用电极活性物质，其中，Pk位于高于2θ＝43°的角度处。3.根据权利要求1或2所述的电容器用电极活性物质，其中，在2θ＝10°处的强度为Pk的强度的3倍以上。4.根据权利要求1或2所述的电容器用电极活性物质，其中，在所述多孔碳材料的体积基准的孔径分布中，孔径为1nm以下的孔的累积体积为总孔体积的80％以上。5.根据权利要求1或2所述的电容器用电极活性物质，其中，所述多孔碳材料中的碱金属元素含量为0ppm～400ppm。6.根据权利要求1或2所述的电容器用电极活性物质，其中，所述多孔碳材料中的氢含量为0ppm～100ppm。7.一种电容器，其具有第一电极、第二电极、置于所述第一电极与所述第二电极之间的隔膜和电解液，其中所述第一电极和所述第二电极中的至少一者包含根据权利要求1～6中任一项所述的电容器用电极活性物质。8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥野一树，真岛正利，石川真二，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP