二氧化硅-碳复合多孔质体及其制造方法技术

一种二氧化硅-碳复合多孔质体，其通过将借助于表面活性剂而分散于水中的微颗粒状的碳、碱金属硅酸盐水溶液以及无机酸混合从而制备二氧化硅和微颗粒状的碳均匀分散的共分散体，其中，所述二氧化硅是碱金属硅酸盐和无机酸的反应产物，并通过使该共分散体中包含的二氧化硅凝胶化而使共分散体多孔质化而获得。该二氧化硅-碳复合多孔质体被制备成比表面积为20-1000m2/g、细孔容积为0.3-2.0ml/g、平均细孔径为2-100nm。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种二氧化硅-碳复合多孔质体，其通过将借助于表面活性剂而分散于水中的微颗粒状的碳、碱金属硅酸盐水溶液以及无机酸混合从而制备二氧化硅和微颗粒状的碳均匀分散的共分散体，其中，所述二氧化硅是碱金属硅酸盐和无机酸的反应产物，并通过使该共分散体中包含的二氧化硅凝胶化而使共分散体多孔质化而获得。该二氧化硅-碳复合多孔质体被制备成比表面积为20-1000m2/g、细孔容积为0.3-2.0ml/g、平均细孔径为2-100nm。【专利说明】相关申请的交叉引用本国际申请要求2011年9月7日在日本专利局提交的日本专利技术专利申请第2011-195274号的优先权，所述日本专利技术专利申请的全部内容通过引用而并入本文。
硅胶、介孔二氧化硅等二氧化硅多孔质体因其高比表面积而成为吸附剂、催化剂载体等多用于工业的材料。本专利技术提供一种对于二氧化硅多孔质体赋予导电性且提高了该功能，并且特别适合于作为电池材料、催化剂载体而使用的材料。
技术介绍
在作为电池材料的铅蓄电池或锂二次电池中，通过使电极材料多孔化来提高比表面积，从而能够有效利用活性物质进行高容量化，或者加快锂在电极内的扩散，由此来进行能够应对大电流或能够应对快速充电的电极材料的研制。作为用于二次电池的电极等的导电性材料，已经提出有以例如二氧化硅、氧化硅或硅石等和碳为主要成分的导电性材料。例如，在下述专利文献I中公开了担载乙炔黑的二氧化硅粉末。 在专利文献I所记载的技术中，将乙炔黑加入到精制水中并使其悬浮，且在该悬浮液中加入二氧化硅粉末并进行混合。然后，通过使乙炔黑吸附在二氧化硅粉末的表面上，并使水分蒸发来制备所期的担载乙炔黑的二氧化硅粉末。此外，还探讨了将四甲氧基硅烷低聚物、酚醛树脂以及石墨颗粒等作为起始原料来获得氧化硅和导电性物质的复合体的方法。(参见专利文献2)在专利文献2所记载的技术中，将四甲氧基硅烷低聚物、酚醛树脂以及甲醇混合，并在其中添加石墨颗粒。然后，将甲醇蒸馏除去的同时升温至规定温度，之后，在规定温度下保持规定时间从而获得复合先驱体。之后，通过加热至900°C以使酚醛树脂以及硅烷化合物分别碳化分解，并通过在1300°C的温度下进行烧成以使树脂碳化从而进行氧化硅的热还原，由此获得所期的复合体。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开第2000-251896号公报专利文献2:日本特开第2007-220411号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，因为含有乙炔黑等的炭黑类一般为表现出疏水性的微颗粒，所以即使如专利文献I所记载的技术一样使其悬浮在精制水中，也很难使炭黑类均匀分散在悬浮液中。并且，即使使乙炔黑吸附于二氧化硅粉末的表面，也很难使乙炔黑进入到二氧化硅粉末颗粒的中心部。因此，在上述专利文献I所记载的技术中，易于出现乙炔黑偏聚于二氧化硅粉末颗粒的表面附近的状态，并且很难使乙炔黑均匀分散到二氧化硅粉末颗粒的内部。并且，与专利文献I中记载的技术相比，上述专利文献2中记载的技术对导电性物质(碳)的分散性进行了改善。但是，上述专利文献2所记载的技术中，不包含使二氧化硅凝胶化的工序,并且通过高温烧成所获得的材料为表面积小孔隙率低的材料。针对这些问题，本专利技术人们通过使表现出疏水性微颗粒状碳均匀分散到二氧化硅骨架的内部，以使其显现出高比表面积、大细孔容积以及高导电性作为主要目标，并对达成这些目标的技术进行了广泛深入的研究。结果发现通过与以往的方法不同的制法获得了多孔质化的二氧化硅-碳复合多孔质体，并且发现通过上述制法所获得的二氧化硅-碳复合多孔质体为显示出良好的导电性的材料，从而完成了本专利技术。本专利技术是基于上述发现完成的，本专利技术的一个方面为提供一种在微颗粒状碳均匀分散到二氧化硅骨架内部的状态下显现出高比表面积、大细孔容积以及高导电性的二氧化硅-碳复合多孔质体。并且，本专利技术的另一个方面为提供如上所述的二氧化硅-碳复合多孔质体的制造方法。解决问题的技术方案 以下将对本专利技术中所采用的构造进行说明。本专利技术的二氧化硅-碳复合多孔质体的制造方法包括将借助于表面活性剂而分散于水中的微颗粒状的碳、碱金`属硅酸盐水溶液以及无机酸混合从而制备二氧化硅水溶胶和所述微颗粒状的碳均匀分散的共分散体的工序，其中所述二氧化硅水溶胶是所述碱金属硅酸盐和所述无机酸的反应产物，以及使该共分散体中包含的二氧化硅水溶胶凝胶化从而使所述共分散体多孔质化，由此形成比表面积为20-1000m2/g、细孔容积为0.3-2.0ml/g、平均细孔径为2-100nm的多孔质体的工序。并且，本专利技术的二氧化硅-碳复合多孔质体为，通过将借助于表面活性剂而分散于水中的微颗粒状的碳、碱金属硅酸盐水溶液以及无机酸混合从而制备二氧化硅水溶胶和所述微颗粒状的碳均匀分散的共分散体，其中所述二氧化硅水溶胶是所述碱金属硅酸盐和所述无机酸的反应产物，并通过使该共分散体中包含的二氧化硅水溶胶凝胶化从而使所述共分散体多孔质化而制备的二氧化硅碳复合多孔质体。本专利技术的二氧化硅-碳复合多孔质体的比表面积为20-1000m2/g、细孔容积为0.3-2.0ml/g、平均细孔径为2_100nm。并且，在本专利技术的中，最终获得的二氧化硅-碳复合多孔质体中可以含有或不含表面活性剂，如果需要不含表面活性剂的二氧化硅-碳复合多孔质体，则可以在所述共分散体多孔质化之后进一步进行烧成从而将所述表面活性剂除去。在这种情况下，所述烧成优选在温度条件为200-500°C且烧成时间为0.5-2小时的范围内进行。并且，在本专利技术的中，所述共分散体优选为，通过将所述微颗粒状的碳添加于所述碱金属硅酸盐水溶液以及所述无机酸中的任一个中，并进行混合，之后，再添加另一个，并进行混合而制备的共分散体。或者，在本专利技术的中，所述共分散体可优选为，通过将所述碱金属硅酸盐水溶液以及所述无机酸混合而制备二氧化硅水溶胶后，再将所述微颗粒状的碳添加于所述二氧化硅水溶胶中，并进行混合而制备的共分散体。并且，在本专利技术的中，最终获得的二氧化硅-碳复合多孔质体的碳含量优选调制成1_50%。以下将对本专利技术进行更加详细的说明。在本专利技术中，利用碱金属硅酸盐作为二氧化硅源。作为该二氧化硅源的代表例可列举硅酸锂、硅酸钾、硅酸钠等。其中，因为容易获得或经济理由硅酸钠最佳。并且，作为微颗粒状的碳可列举包括炉法炭黑、槽法炭黑、乙炔黑、热裂法炭黑等的炭黑类、天然石墨、人造石墨、膨胀石墨等的石墨类、碳纤维以及碳纳米管等。虽然这些微颗粒状碳疏水性高且难以分散于水中，但是通过使用表面活性剂能使其易于分散于水中。作为这样的表面活性剂的代表例可列举阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂等。另外，也可以使用市场销售的微颗粒状的碳的水分散体。作为市售品可列举例如 Lion Pasteff-310A> Lion Pasteff-311N> Lion Pasteff-356A> Lion Pasteff-376R> LionPasteff-370C(皆由Lion株式会社制造)等。因为表面活性剂是为了使微颗粒状碳分散于水中而配合的成分，所以可以将表面活性剂从最终获得的二氧化硅-碳复合多孔质体中除去。特别是当表面活性剂在使用时会出现问题的情况下，优选除去表面活性剂。作为除去表面活性剂的方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：上村光浩，信原一敬，
申请(专利权)人：富士硅化学株式会社，
类型：
国别省市：