双电层电容器电极用活性炭及该活性炭的生产方法技术

提供一种用于生产双电层电容器电极用活性炭的方法，所述方法能够改进碳材料与碱金属活化剂的混合状态，并降低碱金属活化剂的比例。当调整碳材料(包括碳材料的煅烧产物)的粒度，然后将产物与碱金属活化剂混合，然后进行活化，从而获得双电层电容器电极用活性炭时，进行所述混合以使具有调整了粒度的碳材料和碱金属活化剂的混合物具有300μm以上的粒度为5%以下的粒度分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及双电层电容器电极用活性炭及生产此类活性炭的方法。
技术介绍
活性炭由被活化从而具有多孔结构的碳材料如碳化椰子壳、石油焦炭或煤焦炭制成。作为多孔的并且因此具有大的表面积的活性炭已经广泛地用作吸收剂、催化剂载体以及用于双层电容器和锂二次电池的电极材料。特别地，为了增加在可以用于混合动力车等的双电层电容器中的能量密度，即电容量，已要求将具有有效地形成于其上的细孔、结晶度高和表面积大的活性炭用作电容器用电极材料。 对于可用作双电层电容器的电极材料的此类具有有效形成的细孔的活性炭的工业生产，通常使用活化方法，在所述活化方法中将碳材料如石油焦炭和碱金属化合物如氢氧化钾在惰性气体气氛中在600至1200°C的温度下加热，从而使碱金属进入所得石墨结晶层之间，并与之反应(专利文献I)。在该类型的活化中，碱金属进入其中将稠和多环烃层压的层状结构，结果形成细孔。在通过用碱金属活化剂(alkali activator)活化碳材料来生产双电层电容器电极用活性炭的方法中，活化剂通常以要与其混合的碳材料的2至4重量份的量来使用。特别地，当目标比表面积大到2000至3000m2/g的范围时，必须在大的“活化剂/碳材料”比下生产活性炭。然而，由于碱金属活化剂占生产成本的比例大，因此需要使要使用的碱金属活化剂的比例最小化。在混合碳材料和碱金属活化剂的情况下，碳材料为防水的，因而在与水溶性的碱金属活化剂的润湿性方面差。这两种材料的简单混合导致二者之间的接触不充分。因而大部分活化剂未用于活化反应，所得活化产物(活性炭)的比表面积小。作为用于使这些材料强有力地接触的方法，已知其中用球磨机或亨舍尔混合机(Henchel mixer)将材料机械混合和其中将碱金属活化剂熔融然后与碳材料混合的方法(专利文献2)。然而，这些方法中的任一种均需要以比理论量大的量使用活化剂，以有效促进活化反应，但弓I起生产成本增加。文献列表专利文献专利文献I :日本专利特开2006-059923号专利文献2 :日本专利特开2002-134369号
技术实现思路
专利技术要解决的问题作为深入调查研究的结果，基于以下发现完成了本专利技术，S卩，发现可以以极其有效地方式进行碳材料与碱金属活化剂的反应的方法，结果能够使碱金属活化剂的量与从前相比减少。用于解决问题的方案SP，本专利技术如下 一种用于生产双电层电容器电极用活性炭的方法，其包括调整碳材料(包括碳材料的煅烧产物)的粒度，接着将所述碳材料与碱金属活化剂混合，然后使混合物活化，其中进行所述混合以使所述碳材料和所述碱金属活化剂的混合物中由300 μ m以上大小的颗粒组成的粒度分布为5%以下；根据上述所述的方法，其中所述碳材料可石墨化；根据上述或所述的方法，其中用于生产碳材料的煅烧产物的煅烧温度为500°C以上至700°C以下；根据上述至任一项所述的方法，其中已调整粒度的所述碳材料具有Iym以上至15 μ m以下的平均粒径； 根据上述至任一项所述的方法，其中所述碳材料所述碱金属活化剂的混合比为1:1至1:4的质量比； 一种双电层电容器电极用活性炭，其由根据上述至任一项所述的方法生产；和 一种双电层电容器，其包括根据上述所述的电极用活性炭。专利技术的效果本专利技术可以以极其有效地方式进行碳材料与碱金属活化剂的反应，结果能够使碱金属活化剂的量与从前相比减少，导致生产成本显著降低。此外，本专利技术可提供均匀性优良的活性炭，活性炭用于双电层电容器电极可提供每单位体积的电容量大的电容器。附图说明示出用于评价碳电极的层叠电池的结构的图。示出用于测量电容器的初始特性(电容量、内部电阻)的方法的图。具体实施例方式以下将详细描述本专利技术。在本专利技术中，将碳材料和/或其煅烧产物用作起始材料。碳材料优选可石墨化的碳材料。可石墨化的碳材料的实例包括石油焦炭和煤焦炭。可石墨化的碳材料还可为中间相浙青以及通过将中间相浙青纺丝而生产的不熔化并碳化的中间相浙青纤维。优选使用石油焦炭。石油焦炭为通过在约500°C的高温下热裂化(焦化)石油的重馏分而产生的主要含固体碳的产品，并且是指区别于普通煤系焦炭的石油焦炭。存在通过延迟焦化产生的石油焦炭和通过流化焦化产生的石油焦炭。目前，前者占多数。在本专利技术中，优选使用从焦化器中取出的保持原样的石油生焦炭(生焦炭(green coke))。通过延迟焦化产生的生焦炭含有6-13质量％的挥发组分，而通过流化焦化产生的生焦炭含有4-7质量％的挥发组分。在本专利技术中，可以使用通过这些方法的任一种生产的生焦炭。然而，考虑到容易获得性和质量稳定性，通过延迟焦化产生的生焦炭是特别适合的。对石油的重馏分没有特别限定。重馏分的实例包括作为当真空蒸馏石油时产生的残渣的重油、通过将石油流化催化裂化而产生的重油、通过将石油加氢脱硫而产生的重油及其混合物。在本专利技术中，(I)调整上述碳材料的粒度，然后与碱金属活化剂混合用于活化反应，或者(2)将碳材料煅烧，接着调整粒度，然后与碱金属活化剂混合用于活化反应。在煅烧碳材料的情况下，在优选500至700°C、更优选500至650°C温度的惰性气体中煅烧。在煅烧期间对升温速度没有特别限定。然而，太慢的速度会导致处理耗时，而太快的升温会使挥发组分爆发性地挥发，可能导致晶体结构的破坏。因此，煅烧在30至6000C /小时、优选60至300°C /小时的速度下进行。一旦达到预期的煅烧温度，则优选将温度保持一定时间。该时间通常约为10分钟至2小时。在本专利技术中，碳材料(包括煅烧产物)必须在与碱金属化合物混合之前调整粒度。 进行粒度调整以使碳材料的平均粒径为1-15 μ m,优选1_10 μ m,更优选I至8 μ m。小于I μπι的粒径是不优选的，因为其将招致由于颗粒间的熔合所引起的粒径增加。大于15μ m的粒径也是不优选的，因为其将大于预期粒度。对调整碳材料的粒径的方法没有特别限定。通常使用其中将碳材料用粉碎装置如喷射式粉碎机粉碎的方法。接下来，在与碱金属活化剂混合的混合步骤和进行活化反应的活化步骤中处理已调整粒度的碳材料。在本专利技术中，碳材料和碱金属活化剂的混合状态可由以下方法改进使粒度分布中由300 μ m以上大小的颗粒组成的分布值为5%以下，从而减少碱金属活化剂与碳材料的比。为了获得碳材料与碱金属活化剂的混合物的最优粒度分布，可使用已用于常规混合操作的方法，其中将用球磨机或亨舍尔混合机粉碎的所得混合物用筛子分级，以除去直径为300 μπι以上的颗粒。对粉碎条件没有特别限定，然而粉碎在室温下进行10分钟至2小时。如必要，可将粉碎期间产生的粒度为300 μπι以上的分级产物再次用于混合以生产预期混合物。还优选使用其中使用兼具粉碎-混合功能和分级功能的粉碎混合机的方法。该混合机为正规粉碎混合机，所述正规粉碎混合机进一步装配有将混合物和尺寸比预设粒径大的回收颗粒(returning particles)分级到粉碎混合机的分级装置,并能够通过控制用于粉碎和混合的粉碎转子以及用于分级的分级转子的转数来调整混合物的粒度。用兼具粉碎-混合功能和分级功能的粉碎混合机粉碎比使用球磨机或亨舍尔混合机的常规粉碎和混合更加有效，并通常在室温下进行10秒至5分钟。本专利技术的专利技术人已发现，碳材料与碱金属活化剂的混合状态的好坏与否同粒度分布中300 μ m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：藤井政喜，猪饲庆三，木内规之，佐藤邦彦，田口晋也，
申请(专利权)人：吉坤日矿日石能源株式会社，
类型：
国别省市：