碳质材料、以及含有该碳质材料的双电层电容器用电极材料、双电层电容器用电极和双电层电容器制造技术

本发明专利技术的目的在于，提供具有高电容、进一步能够遍及长时间维持高的电容和能量密度的双电层电容器中使用的碳质材料和其制造方法。碳质材料，其通过BET法而得到的比表面积为1,200m

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳质材料、以及含有该碳质材料的双电层电容器用电极材料、双电层电容器用电极和双电层电容器
本专利技术涉及碳质材料。此外，本专利技术涉及含有该碳质材料的双电层电容器用电极材料、双电层电容器用电极、和双电层电容器。
技术介绍
双电层电容器(ElectricDoubleLayerCapacitor)是在活性炭等多孔质碳电极内的细孔表面上形成的离子吸附层、即双电层中蓄积电荷的蓄电设备，能够充电而反复使用。该双电层电容器由于是长寿命且高输出的，因此作为计算机的存储器的备份电源、瞬间停电时的备份电源而普及，最近作为铁道车辆上搭载的电力储存系统、混合动力汽车的辅助电源而急剧受到关注。此外，近年，为了改善双电层电容器的能量密度，开发了在电极材料中不仅活用活性炭电极，而且还活用锂离子二次电池的活性物质的混合电容器。作为该混合电容器之一，有锂离子电容器。该锂离子电容器分别在正极使用活性炭，在负极使用锂离子电池负极用碳材料，在电解液使用锂离子电池用有机系电解液。双电层电容器通过在浸渍于电解液的正极、负极各自的活性炭电极间连接电源而施加电压，由此进行充电。充电时，电解质离子吸附于电极表面。具体而言，分别在正极吸引电解液中的阴离子，在负极吸引电解液中的阳离子，形成双电层。该状态撤掉电源也得以维持，维持蓄电状态而不利用化学反应。放电时吸附的阳离子以及阴离子从各自的电极上脱离。像这样，充放电的过程中对电容器材料也不伴随任何变化，因此不存在因化学反应而导致的发热、劣化，能够保证长寿命。双电层电容器一般而言与二次电池相比，具有的特征在于：(1)以高速充放电、(2)循环寿命长、(3)电极、电解质中不使用重金属而对环境友好。这些特征的原因在于，通过离子的物理的吸附脱离而操作，不伴随化学物种的电子移动反应。在双电层电容器的开发中，例如专利文献1中公开了在对碳纤维纺织布进行激活处理后，通过在不活性气体氛围下、700~1,000℃下进行热处理，从而去除吸附于活性碳纤维纺织布的水分、表面官能团，由此得到高耐电压且长期可靠性优异的双电层电容器。此外，专利文献2中，考虑到电解质溶液的分解是因为在正极内部产生的水分所导致的酸所引起的，公开了在活性炭极化电极中添加各种抑酸剂的例子。进一步，专利文献3中，考虑到因所产生的水分电解而生成的氢离子，引起电解质溶液的分解，公开了通过与氢离子反应或将其吸收从而减少氢离子、例如将铝粉末添加于电极内部的例子。专利文献4中，公开了通过使作为极化电极的主要成分的碳质材料的表面官能团与有机硅化合物反应而以化学键封端，从而抑制因表面官能团而导致的气体产生、与电解质溶液的反应。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2003-209029号公报专利文献2：日本特开2007-73810号公报专利文献3：日本特开平10-106900号公报专利文献4：日本特开2008-252062号公报非专利文献非专利文献1：“下一代电容器开发最前线”直井胜彦、西野敦监制，技术教育出版社，2009，P91和P141。
技术实现思路
专利技术要解决的课题双电层电容器中蓄积的能量(E)与充电电压(V)的平方和双电层容量(C)之积成比例(E=CV2/2)，因此为了改善能量密度，有效的是提高容量以及充电电压。双电层电容器的充电电压通常被抑制为2.5V左右。其理由在于，如果以3V以上的电压充电，则电极以及电解液的电解开始，导致容量随时间降低，双电层电容器劣化。双电层电容器的随时间劣化的原因尚不确定，可以认为有下述机理。在双电层电容器内部，存在电解质溶液中的残留水分、组装时混入的水分。此外，在电极层中使用的活性炭、导电助剂、粘接剂和隔离膜等表面和内部，存在物理吸附水、化学结合型吸附水。这些水分在进行反复充放电的过程中，以水的形式脱离，因施加电压而电解，在产生气体的同时引起电解质的分解，生成分解物。这些分解产物覆盖活性炭的表面，闭塞活性炭的细孔，由此降低活性炭的表面积，引起电容的降低。双电层电容器中使用的活性炭为了提高吸附容量而具有大表面积，从而具有催化剂作用，因此难以避免电解质溶液的分解。该催化剂作用据称是由活性炭表面的官能团而引起的(参照非专利文献1)。据此，在高耐电压双电层电容器的开发中，可以认为有效的是减少水分、抑制因分解产物而导致的活性炭的表面积减少、抑制电解质溶液的分解。应予说明，据信这些开发手段并非各自独立，而是彼此关联。专利文献1中记载的双电层电容器中，通过将活性碳纤维纺织布在不活性气体氛围下、700~1,000℃下进行热处理，能够去除吸附于活性碳纤维纺织布的水分、表面官能团。然而，去除后的活性碳纤维纺织布如果不在完全除湿的状况下保存、进行双电层电容器的组装，则存在水分的再吸附、表面官能团的再导入的问题，不实用。此外，专利文献2中记载的双电层电容器中，抑酸剂根据情况而在双电层电容器的充放电时分解或与电解液反应，因此在长时间的使用中，存在电容、能量密度随时间降低的问题。专利文献3中记载的双电层电容器中，有时铝与电解质离子反应，例如合成氟化铝等。氟化铝是绝缘体，存在电阻升高的可能性，不太优选。进一步，专利文献4中记载的双电层电容器中，通过使用有机硅化合物而将活性炭的表面官能团封端的方法根据制造件，存在不仅封端表面官能团、而且碳质材料的细孔也闭塞而由此导致电容随时间降低的问题。因此，本专利技术的目的在于，提供具有高电容、进一步能够遍及长时间维持高的电容和能量密度的双电层电容器中使用的碳质材料和其制造方法。用于解决课题的手段本专利技术人等为了实现上述目的而进行深入研究的结果是完成了本专利技术。即，本专利技术包括以下的适合方式。[1]碳质材料，其通过BET法而得到的比表面积为1,200m2/g~1,800m2/g，通过拉曼光谱而得到的R值为1.2以上，G带半峰宽为70cm-1以上。[2]根据前述[1]所述的碳质材料，其中，前述碳质材料源自植物。[3]根据前述[1]或[2]所述的碳质材料，其中，钾元素的含量为1,000ppm以下。[4]根据前述[1]~[3]中任一项所述的碳质材料，其中，铁元素的含量为200ppm以下。[5]根据前述[1]~[4]中任一项所述的碳质材料，其中，氢元素的含量为0.47重量%以下。[6]前述[1]~[5]中任一项所述的碳质材料的制造方法，其包括：高温卤素化合物处理步骤，将平均粒径100μm~10,000μm、通过BET法而得到的比表面积900m2/g~2,000m2/g的源自植物的活性炭在包含卤素化合物的不活性气体氛围中，在500℃~1250℃下进行热处理，从而得到碳质材料。[7]双电层电容器用电极材料，其含有前述[1]~[5]中任一项所述的碳质材料。[8]双电层电容器用电极，其含有前述[7]所述的双电层电容器用电极材料。[9]双电层电容器，其含有前述[8]所述的双电层电容器用电极。专利技术的效果根据本专利技术，能够提供具有高电容、进一步能够遍及长时间维持高的电容和能量密度的双电层电容器中使用的碳质材料和其制造方法。具体实施方式作为本专利技术的一个实施方式的碳质材料，通过BET法而得到的比表面积为1,200m2/g~1,800m2/g，通过拉曼光谱而得到的R值为1.2以上，G带半峰宽为70cm-1以上。应予说明，本专利技术中，碳质材料是指对经激活处理的活性炭进行高温卤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.碳质材料，其通过BET法而得到的比表面积为1,200m2/g~1,800m2/g，通过拉曼光谱而得到的R值为1.2以上，G带半峰宽为70cm‑1以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.18 JP 2016-0997431.碳质材料，其通过BET法而得到的比表面积为1,200m2/g~1,800m2/g，通过拉曼光谱而得到的R值为1.2以上，G带半峰宽为70cm-1以上。2.根据权利要求1所述的碳质材料，其中，所述碳质材料源自植物。3.根据权利要求1或2所述的碳质材料，其中，钾元素的含量为1,000ppm以下。4.根据权利要求1~3中任一项所述的碳质材料，其中，铁元素的含量为200ppm以下。5.根据权利要求1~4中任一项所述的碳质材料，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林祥平，松岛基实，木町圣也，岩崎秀治，
申请(专利权)人：株式会社可乐丽，
类型：发明
国别省市：日本,JP