电容器用碳材料及电容器制造技术

本发明专利技术提供一种静电容量大并且耐久性优异的电容器。对于本发明专利技术的电容器用碳材料(221)，其利用BET吸附等温式而得的比表面积为2000m

【技术实现步骤摘要】
电容器用碳材料及电容器
本专利技术涉及电容器用碳材料及电容器。
技术介绍
碳材料有时用于电容器的电极。作为电容器，已知有(例如)双电层电容器及混合电容器。双电层电容器含有一对以活性炭为主成分的可极化电极、以及介于它们之间的非水电解质溶液。在双电层电容器中，在一对可极化电极与非水电解质溶液的各自界面上形成双电层，并且利用离子向该双电层的吸附·脱附现象来进行充放电。混合电容器为这样的电容器，其具有一对电极，在任何的一个电极的附近形成双电层，并且在另一个电极上发生氧化还原反应。作为混合电容器的一例，已知有锂离子电容器。锂离子电容器为将由双电层电容器的可极化电极形成的正极、以及锂离子二次电池的负极组合而得的电容器。作为可用于这样的电容器的电极的碳材料，特开2009-40674号公报记载了在碳纳米管整个表面上形成金属氢氧化物皮膜而得的纳米复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供静电容量大并且耐久性优异的电容器。根据本专利技术的第一方面提供一种电容器用碳材料，其中，利用BET吸附等温式而得的比表面积为2000m2/g以上，通过拉曼分光测定而得的G带强度与D带强度之比为1.70以上，并且电导率为10.0S/cm以上。根据本专利技术的第二方面提供这样的电容器，其具有一对电极、以及介于它们之间的非水电解质溶液，其中所述一对电极的至少一者含有根据本专利技术的第一方面的碳材料。附图说明[图1]示意性地示出根据本专利技术的一个实施方案的电容器的剖面图。[图2]示出比表面积与静电容量的关系的一例的图。[图3]示出比表面积与氧化还原电流的关系的一例的图。[图4]示出拉曼G/D带之比与氧化还原电流的关系的一例的图。[图5]示出电导率与氧化还原电流的关系的一例的图。[图6]示出电导率与拉曼G/D带之比的关系的一例的图。具体实施方式以下，对于本专利技术的实施方案进行说明。图1为示意性地示出根据本专利技术的一个实施方案的电容器的剖面图。该电容器为锂离子电容器。图1所示的电容器1包含作为一对电极的正极2和负极3，并且进一步包含隔膜4、以及非水电解质溶液5。这些均被未图示的单元容器所容纳。正极2包含正极集电体21及正极活性物质层22。正极集电体21为(例如)由导电性材料形成的薄层。作为导电性材料，可以使用(例如)铝。正极活性物质层22层叠在正极集电体21上。正极活性物质层22包含碳材料221作为主成分。碳材料221在正极活性物质层22的总量中所占有的比例在(例如)80质量％至99质量％的范围内，通常在85质量％至98质量％的范围内。该碳材料221的比表面积为2000m2/g以上，通常为2200m2/g以上。在此，“比表面积”指的是利用BET吸附等温式(Brunauer,EmmetandTell’sequation)而得的比表面积，即，BET比表面积。需要说明的是，该比表面积并没有上限值，但是可为(例如)3500m2/g以下，通常为3000m2/g以下。若碳材料221的比表面积较大，则电容器的能量密度有变大的倾向。另外，对于该碳材料221，其通过拉曼分光测定而得的G带强度与D带强度之比为1.70以上，通常为1.90以上。以下，将通过该拉曼分光测定而得的G带强度与D带强度之比称为拉曼G/D带之比。G带为在拉曼光谱中在1600cm-1附近观测到的峰。G带来自于碳材料221的石墨结构。D带为在拉曼光谱中在1300cm-1附近观测到的峰。D带来自于碳材料221的无定形结构。因此，拉曼G/D带之比较大的碳材料221的结晶化程度也较高。即，对于该比值较大的碳材料221，在其结构中有缺陷较少的倾向。而且，若使用在结构中缺陷较少的碳材料221，则电容器的耐久性有提高的倾向。需要说明的是，该拉曼G/D带之比并没有上限值，但是可为(例如)10.0以下，通常为3.0以下。另外，该碳材料221的电导率为10.0S/cm以上，通常为14S/cm以上。在此，电导率通过使用粉体电阻测定系统的4端子法来进行测定。该测定在以下状态下进行，即，将预定量的碳材料221铺满直径为20mm的圆形区域，然后再施加8kN/cm2的压力。需要说明的是，该电导率没有上限值，但是可为(例如)30S/cm以下，通常为20S/cm以下。若碳材料221的电导率较大，则电容器的耐久性有提高的倾向。该碳材料221的平均粒径在(例如)0.1μm至10.0μm的范围内，通常在1μm至5μm的范围内。该平均粒径指的是在通过激光衍射·散射法而求得的粒度分布中，体积累积值达到50％的粒径。作为激光衍射/散射型粒度分布测定装置，可以使用株式会社堀場製作所制的LA750等。作为测定试样，可以使用将碳材料221分散在水中而得的试样。该碳材料221的总孔容积在(例如)0.8cm3/g至1.5cm3/g的范围内，通常在0.9cm3/g至1.4cm3/g的范围内。该总孔容积为在温度77K下测定的氮吸附等温线中，由相对压力P/P0为1.0时的氮吸附量计算得出的值。该氮吸附等温线可以通过以下方式而求出。首先，在77K(氮的沸点)的氮气中，在逐渐提高氮气的压力P(mmHg)的同时，测定各个压力P下碳材料221的氮气吸附量(mL/mL)。接着，以压力P(mmHg)除以氮气的饱和蒸气压P0(mmHg)而得的值作为相对压力P/P0，将氮气吸附量相对于各相对压力P/P0进行作图，由此可以得到吸附等温线。该碳材料221的平均孔径在(例如)0.5nm至3.0nm的范围内，通常在1.0nm至2.0nm的范围内。在此，平均孔径为将总孔容积(V)除以BET比表面积(SSA)的比值再乘以4而得的数值(4×V/SSA)。该碳材料221可以通过(例如)以下的方式而进行制造。首先，作为碳材料221的原料，制备固体材料。该固体材料为(例如)煤、椰子壳、焦炭、沥青或树脂，通常为煤。接着，使用粉碎机等将该固体材料粉碎，得到1次粉碎材料。以使得1次粉碎材料的平均粒径在(例如)50μm至150μm的范围内的方式进行这次粉碎。根据需要，也可以对固体材料或1次粉碎材料进行碳化处理。然后，对该1次粉碎材料进行活化处理。以使得碳材料221的比表面积成为2000m2/g以上的方式进行该活化处理。具体而言，首先，将氢氧化钾粉末和氢氧化钠粉末混合到1次粉碎材料，从而得到混合粉末。相对于100质量份的1次粉碎材料，使氢氧化钾的量在(例如)100质量份至500质量份的范围内，通常在200质量份至400质量份的范围内。若氢氧化钾的量较少，则碳材料221的比表面积有变小的倾向。若氢氧化钾的量较多，则碳材料221的电导率有降低的倾向。另外，相对于100质量份的1次粉碎材料，使氢氧化钠的量在(例如)10质量份至200质量份的范围内，通常在50质量份至150质量份的范围内。若氢氧化钠的量较少或较多，则碳材料221的拉曼G/D带之比有减少的倾向。接着，在氮气等惰性气氛下，在(例如)600℃至900℃的活化温度下对该混合粉末进行1小时至10小时的活化，从而得到活化碳(賦活炭)。若活化温度较高，虽然碳材料221的电导率提高，但是，拉曼G/D带之比降低，静电容量有减少的倾向。若活化温度较低，则碳材料221的拉曼G/D带之比以及电导率有降低的倾向。然后，通过纯水及酸性溶液来洗净该活化碳，除去残留的碱性成分。接着，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容器用碳材料，其中，利用BET吸附等温式而得的比表面积为2000m

【技术特征摘要】
2016.02.17 JP 2016-0282271.一种电容器用碳材料，其中，利用BET吸附等温式而得的比表面积为2000m2/g以上，通过拉曼分光测...

【专利技术属性】
技术研发人员：松村祐宏，久米哲也，
申请(专利权)人：株式会社科特拉，
类型：发明
国别省市：日本,JP