JP2004149399A - Activated carbon, its manufacturing method and its use - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide activated carbon which can increase electric capacity per one electrode without applying an excess voltage, and to provide a method for manufacturing the activated carbon and an electric double layer capacitor. <P>SOLUTION: The activated carbon has 10 to 1,500m<SP>2</SP>/g BET specific surface area obtained by a nitrogen adsorption method and contains no graphite microcrystal. The activated carbon is manufactured by the method including a process of heat treating coal pitch in two-stage temperature ranges of 400°C to 600°C and 600°C and 900°C, mixing the obtained carbonaceous source material with an alkaline metal compound to activate in a temperature range from 600°C to 900°C. The activated carbon is obtained by the above method. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気二重層キャパシタ(電気二重層コンデンサともいう)として有用な活性炭に関する。更に詳しくは高電気容量で高耐久性のキャパシタ用電極材料として好適に使用できる活性炭の製造方法及びその活性炭を用いた電気二重層キャパシタ用電極(分極性電極)、その電極を有する電気二重層キャパシタに関する。
【0002】
【従来の技術】
電気二重層キャパシタは急速充放電が可能、過充放電に強い、化学反応を伴わないために長寿命、広い温度範囲で使用可能、重金属を含まないため環境に優しいなどのバッテリーにはない特性を有しており、従来よりメモリーバックアップ電源等に使用されている。さらに近年では、大容量化開発が急激に進み、高性能エネルギーデバイスへの用途開発が進められ、太陽電池や燃料電池と組み合わせた電力貯蔵システム、ハイブリットカーのエンジンアシスト等への活用も検討されている。
【0003】
電気二重層キャパシタは、活性炭等から作られた1対の正極と負極の分極性電極を、電解質イオンを含む、溶液中でセパレータを介して対向させた構造からなっている。電極に直流電圧を印加すると正(+)側に分極した電極には溶液中の陰イオンが、負(−)側に分極した電極には溶液中の陽イオンが引き寄せられ、これにより電極と溶液との界面に形成された電気二重層を電気エネルギーとして利用するものである。
【0004】
従来の電気二重層キャパシタはパワー密度に優れている反面、エネルギー密度が劣っているという欠点があり、エネルギーデバイス用途への活用に際しては、更なる大容量化開発が必要である。電気二重層キャパシタの容量を大きくするには溶液の間で多くの電気二重層を形成する電極材料の開発が不可欠である。
【0005】
したがって、より多くの電気二重層を形成すべく、比表面積の大きい活性炭の使用が検討されてきたが、このような活性炭は重量当たりの電気容量(F/g)に優れる反面、電極密度の低下を招く為に体積当たりの電気容量(F/ml)がそれほど大きくならないという問題点を有していた。
【0006】
近年、黒鉛類似の微結晶を有する活性炭を製造し、分極性電極の原料とすることが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。該活性炭を分極性電極の原料とした電気二重層キャパシタは、電気容量が大きいという点で優れた原料であると云える。
【0007】
しかし、この活性炭にも問題があり、満足すべきものではなかった。即ち、この活性炭は電圧印加時に膨張するため、該特許公報に記載されているように膨張を抑えるために、寸法制限構造体が必要となり、キャパシタの組立操作に大きな問題点がある。また、あらかじめ4V程度の電圧を印加しなければ電気容量が発現しないため、電解液の分解を招くおそれもあった。
【0008】
【特許文献1】
特開平11−317333号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、過大な電圧を印加せずとも、電極当たりの電気容量を大きくできる活性炭を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するため鋭意研究した結果なされたものであり、以下の構成本発明は上記の目的を達成するためになされたものからなる。
1)窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1000m/gであり、黒鉛微結晶を含有しない活性炭。
2)窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1500m/gであり、黒鉛微結晶を含有しない活性炭。
3)ラマンスペクトルのGピーク(1580cm−1)のピーク高さに対するDピーク(1360cm−1)のピーク高さの比が0.8〜1.2である1)または2)に記載の活性炭。
4)活性炭が、窒素吸着法によって求めたBET比表面積を10m/g〜1500m/gの範囲で有し、該活性炭を含む電極において(電極膨張率)/(BET比表面積)の値が0.12以下である活性炭。
5)活性炭が、窒素吸着法によって求めたBET比表面積を10m/g〜1500m/gの範囲で有し、該活性炭を含む電極の電極膨張率が50%以下、該電極の密度が0.70g/ml以上となる活性炭。
6)窒素吸着法によって求めたBJH法による20〜50オングストロームの細孔容積が0.02ml/g以上である1)〜5)のいずれかひとつに記載の活性炭。
7)1)〜6)のいずれかひとつに記載の活性炭を含む分極性電極材料。
8)1)〜6)のいずれかひとつに記載の活性炭と気相法炭素繊維を含む分極性電極材料。
9)気相法炭素繊維が、中空構造を有し、外径2〜500nm、アスペクト比10〜15000であることを特徴とする8)に記載の分極性電極材料。
10)気相法炭素繊維が、分岐構造を有していることを特徴とする8)または9)に記載の分極性電極材料。
11)気相法炭素繊維が、0.01ml/g〜0.4ml/gの細孔容積を有し、窒素吸着法によって求めたBET比表面積が30m/g〜1000m/gであることを特徴とする8)から10)のいずれかひとつに記載の分極性電極材料。
12)7)〜11)のいずれかひとつに記載の分極性電極材料を含む分極性電極シートと集電体との積層体。
13)集電体がアルミニウム、炭素被覆アルミニウム、ステンレス、チタンから選ばれることを特徴とする12)に記載の積層体。
14)7)〜11)のいずれかひとつに記載の分極性電極材料を含む電極形成用組成物。
15)14)の組成物を形成した導電体。
16)7)〜11)のいずれかひとつに記載の分極性電極材料を含む電気二重層キャパシタ。
17)石炭系ピッチを、400℃〜600℃及び600℃〜900℃の2段階の温度範囲で熱処理する工程、次いで熱処理された石炭系ピッチをアルカリ金属化合物と混合加熱して賦活する工程を含むことを特徴とする活性炭の製造方法。
18)石炭系ピッチを、アルカリ金属の蒸気中にて400℃〜600℃及び600℃〜900℃の2段階の温度範囲で熱処理する工程、次いで熱処理された石炭系ピッチをアルカリ金属化合物と混合加熱して賦活する工程を含むことを特徴とする活性炭の製造方法。
19)アルカリ金属化合物が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化セシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ水酸化物であることを特徴とする17)または18)記載の活性炭の製造方法。
20)アルカリ金属が、カリウム、ナトリウム及びセシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする19)記載の活性炭の製造方法。
21)17)〜20)のいずれかひとつの製造方法で得られる、窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1000m/gであり、黒鉛微結晶を含有しない活性炭。
22)17)〜20)のいずれかひとつの製造方法で得られる、窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1500m/gであり、黒鉛微結晶を含有しない活性炭。
23)17)〜20)のいずれかひとつの製造方法で得られる、ラマンスペクトルのGピーク(1580cm−1)のピーク高さに対するDピーク(1360cm−1)のピーク高さの比が0.8〜1.2であり、窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1000m/gである黒鉛微結晶を含有しない活性炭。
24)17)〜20)のいずれかひとつの製造方法で得られる、ラマンスペクトルのGピーク(1580cm−1)のピーク高さに対するDピーク(1360cm−1)のピーク高さの比が0.8〜1.2であり、窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1500m/gである黒鉛微結晶を含有しない活性炭。
25)17)〜20)のいずれかひとつの製造方法で得られる、窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1500m/gであり、(電極膨張率)/(BET比表面積)の値が0.12以下である活性炭。
26)17)〜20)のいずれかひとつの製造方法で得られる、窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1500m/gであり、電極膨張率が50%以下、分極性電極の密度が0.70g/ml以上となる活性炭。
【0011】
【発明の実施の形態】
活性炭の電気特性は、活性炭の比表面積・細孔分布・結晶構造といった構造物性に大きく左右される。このような活性炭の構造特性は、原料の構造、炭素化条件、賦活条件で決定される。
【0012】
そこで、電極材料として有用な活性炭を得るためには、原料の構造、炭素化条件、賦活条件を最適化する必要があるが、本発明者らは、原料として石炭系ピッチを選択することが最適であると判断した。石炭系ピッチは石油系炭素原料と比較して、側鎖が少なく、芳香族化合物の比率が高く、様々な分子構造の多環芳香族化合物が混在しているため、これを原料とした活性炭はこの化合物に由来して、種々の複雑な微結晶構造等を形成し、優れた電気特性を発現するものと考えられるからである。
【0013】
なお、選択する石炭系ピッチは特に限定されないが、軟化点100℃以下、さらに好ましくは60℃から90℃のものを使用する。
【0014】
そして、この石炭系ピッチを400℃〜600℃及び600℃〜900℃、好ましくは450℃〜550℃及び650℃〜850℃の温度の二段階での焼成、炭化を含む熱処理を行う。
【0015】
石炭系ピッチを400℃〜600℃の間で加熱すると、熱分解反応が起こり、ガス・軽質留分が脱離し、残渣は重縮合が起こって最終的には固化する。この炭素化工程における第1段階で、炭素原子間のミクロな結合状態がほぼ決定され、この工程で決定された結晶子の構造は最終生成物である活性炭の構造の基礎を決定づけるものである。
【0016】
この第1段階の炭素化工程は、昇温速度は3℃/hr〜10℃/hr、より好ましくは4℃/hr〜6℃/hr、最高温度での保持時間を5時間〜20時間、より好ましくは8時間〜12時間として行う。
【0017】
次に、600℃〜900℃の温度にて2段階目の熱処理を行う。この第2段階の炭素化工程も、昇温速度は3℃/hr〜10℃/hr、より好ましくは4℃/hr〜6℃/hr、最高温度での保持時間を5時間〜20時間、より好ましくは8時間〜12時間とすることで行う。
【0018】
これらの熱処理(炭素化)工程はアルカリ金属の蒸気中で実施することも有効である。アルカリ金属は、炭素化工程において触媒的な働きをする。即ち、ピッチ中の芳香族間の架橋結合が促進され、炭化反応が進行する。アルカリ金属としては、ナトリウム、カリウム、セシウム等の化合物が挙げられる。
【0019】
アルカリ金属の蒸気中で熱処理を実施する方法としては、例えば、炭素化工程の系内に後述するアルカリ賦活反応系より揮発したアルカリ金属蒸気を導入しながら加熱することにより行なうことができる。また、アルカリ賦活反応の反応容器周囲に原料ピッチを設置して、アルカリ賦活反応系より揮発したアルカリ金属蒸気に曝して同時に加熱することで熱処理(炭素化)工程及びアルカリ賦活工程をそれぞれ平行して行なうことができる。これにより全体としての処理時間が短縮されると共に、加熱のためのエネルギーの省コスト化を図ることができる。
【0020】
次に、炭材(熱処理された炭素質原料)を1μm〜100μm程度の粒度に粉砕して、アルカリ金属化合物と混合して加熱し、炭材に細孔を形成して活性炭とする。
【0021】
アルカリ賦活剤としてはアルカリ金属を含む化合物であれば特に限定されないが、賦活中に溶融する物質に対して本発明は有効である。カリウム、ナトリウム、カルシウムの水酸化物、炭酸塩、硫化物、硫酸塩が好ましい。例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、硫化カリウム、硫化ナトリウム、チオシアン酸カリウム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウムが使用できる。好ましくは水酸化カリウム、水酸化ナトリウムであり、さらに好ましくは水酸化カリウムである。これらの1種類あるいは2種類以上混合して使用してもよい。
【0022】
炭素質原料に対するアルカリ金属化合物の混合量は炭素質原料の結晶性、表面官能基量、得られる炭素材の用途に合うように決めることができる。炭素質原料の結晶性が高く、表面官能基が少ない場合は必要なアルカリ金属化合物の量は増える傾向にある。例えば、水酸化カリウムを使用した場合は、炭素質原料1に対し水酸化カリウム質量比は0.5〜7程度、より好ましくは1〜5程度、さらに好ましくは2〜4程度である。水酸化カリウム質量比が0.5未満では細孔の発達が悪く、7以上では過賦活となり細孔壁の破壊が進行するなどして細孔(ミクロポアー)が減少するため比表面積が減る傾向にある。
【0023】
賦活処理温度は、原料の種類及び形状、活性化反応速度(賦活化反応速度)によって異なるが、250℃〜1000℃で行われ、より好ましくは500℃〜900℃、さらに好ましくは600℃〜800℃で行われる。賦活温度が400℃以下では賦活の進行が不充分で、活性炭中の細孔が少なく、電気二重層キャパシタの分極性電極材料として使用したとき電気容量が低下する。1000℃以上では活性炭の細孔が収縮したり、高電流密度での充電特性が著しく低下したり、賦活装置の腐食が激しくなったりする等の問題が起こってくる。
【0024】
このようにして得られた活性炭は、過剰な電圧を与えなくても、1サイクル目から高い電気容量を発揮し、また、その電気容量の保持率が高いという特徴を有する。
【0025】
賦活された活性炭を透過型顕微鏡にて観察したところ、図3に示すように黒鉛類似の微結晶を有しない、乱層構造のみからなるものであることが確認された。
ラマンスペクトルのGピーク(1580cm−1)高さ(実測曲線におけるベースラインからピーク点までの高さ)に対するDピーク(1360cm−1)高さの比は0.8〜1.2であった。
【0026】
ここで、ラマンスペクトルのGピークに対するDピークの強度比は、炭素材料の黒鉛化度を示す指標として用いられているが、この強度比をピーク高さ比として示した場合、黒鉛化度が高いほど小さい値となる。微結晶を有する活性炭の場合には、概ね0.6前後の値になるが、微結晶を有しない当該活性炭の場合には0.8〜1.2の値となった。
【0027】
さらに、キャパシタ用の電極として使用する活性炭においては容量発現及び電解質の拡散に寄与すると考えられる20〜50オングストロームの細孔を一定量以上有することが必要である。
【0028】
本発明の活性炭は、窒素吸着法によって求めたBET比表面積は10m/g〜1500m/g、好ましくは10m/g〜1000m/gであり、従来の方法により得られた活性炭のBET比表面積より小さくなる(通常2000m/g〜3000m/g)。また、本発明の活性炭のBJH(Barrett, Joyner and Halenda)法による20〜50オングストローム(オングストローム)の細孔容積は0.02ml/g以上である。
【0029】
以上のような結晶構造及び細孔構造に起因して、賦活された活性炭は過剰な電圧をかけて黒鉛層間にイオンを挿入させるという工程を経なくても、1サイクル目から高い電気容量を発揮できる。さらに、十分な炭化工程を経ているので、炭素表面の官能基量が低減されて、電気容量の劣化が抑えられると考えられる。
【0030】
また、賦活された活性炭は、タップ密度計(蔵持科学器械製作所製)にてタップ密度を測定したところ、タップ回数50回で0.35〜0.70g/mlであり、粉体抵抗は、1.0MPaで0.4Ωcm以下であった。
【0031】
この活性炭80質量部にPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)10質量部、カーボンブラック10質量部を添加し、混練して圧延成形した電極を分極性電極として使用したところ、電極膨張率とBET比表面積との関係は(1)式のようになった。
【0032】
電極膨張率/BET比表面積≦0.12 (1)
ここで、電極膨張率(%)=(2.5V充電時の電極厚み−充電前の電極厚み)/(充電前の電極厚み)×100であり、BET比表面積の単位はm/gである。
【0033】
(1)式を満たす活性炭とすることで、過剰な電圧を与えなくとも、1サイクルめから高い電気容量を発揮することが可能となる。(電極膨張率/BET比表面積)が0.12を超える場合には、BET比表面積の割に電極膨張率が高い傾向となるが、このような活性炭は過剰な電圧を与えなければ容量発現しなくなる傾向があり、キャパシタの設計上好ましくない。なお、電極膨張が実質的に無い場合は電極膨張率が0となるので、(電極膨張率/BET比表面積)の比率は0となる。該比率が0.12以下、好ましくは0以上0.12以下、より好ましくは0以上0.1以下であれば、キャパシタ設計上の問題が生じないと考えられるが、0以上0.06以下とすればキャパシタ設計上さらに好ましい。
【0034】
また、このときの分極性電極の電極密度を測定したところ0.70g/ml以上1.05g/ml以下となるが、より好ましくは0.72g/ml以上1.03g/ml以下、さらに好ましくは0.74g/ml以上1.00g/ml以下である。電極密度が0.70g/mlより小さいと体積あたりの電気容量(F/ml)が小さい活性炭となる。逆に、電極密度が1.05g/mlより大きいと、電解液の浸透が困難になって、内部抵抗の上昇を招くことになり好ましくない。
【0035】
この場合の電極膨張率は0%以上50%以下、より好ましくは0%以上30%以下、さらに好ましくは0%以上20%以下となり、電極密度が高い割には充放電に伴う電極膨張の小さい活性炭となる。
【0036】
活性炭に対して、気相法炭素繊維を添加することで、より一層の特性向上が図られる。気相法炭素繊維は、例えばベンゼンと金属触媒粒子とを水素気流中で約1000℃で吹き付けることによって製造されたものであり、内部に中空構造を有し、外径2nm〜500nm、アスペクト比10〜15000であることが特徴である。
【0037】
この気相法炭素繊維を当該活性炭と混合することで、粒子同士の接触抵抗が低減されるとともに、電極強度が向上し、分極性電極としての耐久性が向上する。
この場合に分岐の多い気相法炭素繊維を混合すれば、電極内部におけるクッション材としての役割がさらに増強されるので、充放電の際に活性炭粒子が収縮して、電極強度が低下したり粒子同士の接触抵抗が増加したりすることを防止するのにさらに効果的である。
【0038】
この気相法炭素繊維としては、製造したものを1000℃〜1500℃で焼成したもの、あるいは、さらに黒鉛化処理したものを使用することができる。
【0039】
また、当該気相法炭素繊維をガス賦活あるいは薬品賦活したものを使用することも可能であるが、この場合にはミクロ孔(20オングストローム以下の細孔)容積0.01ml/g〜0.4ml/g、BET比表面積30m/g〜1000m/gになるように表面構造を制御したものを使用する方がよい。ミクロ孔の多い炭素繊維を混合すると、電極内部でのイオン拡散抵抗が増大してしまう。
【0040】
なお、この場合の気相法炭素繊維の混合量は、0.02質量%〜50質量%が好ましいが、より好ましくは、0.05質量%〜30質量%である。0.02質量%以下だと、活性炭粒子との接点を増加させる効果が少ないために十分な効果が得られない。50質量%以上だと、分極性電極中の活性炭含有量が低下して電気容量が低下してしまう。
【0041】
本発明の活性炭から、分極性電極及び電気二重層キャパシタを公知の方法にしたがって製造することができる。すなわち、分極性電極は活性炭に導電剤および結合剤を加えて混練圧延する方法、活性炭に導電剤、結合剤、必要に応じて溶媒を加えてスラリー状塗料にして導電性基材に、所定厚みに塗布し、溶媒を室温または加熱して蒸発させる方法、活性炭に未炭化樹脂類を混合して焼結する方法等で作製される。
【0042】
この際、導電性基材としては、厚みが10μm〜0.5mm程度のアルミニウム、炭素被覆アルミニウム、ステンレス、チタン等の箔、板状物、金網状エキスパンド等が用いられる。また、導電性ゴムや耐食金属、黒鉛等も使用される。
【0043】
例えば、活性炭粉末または活性炭粉末と気相法炭素繊維との混合物に、必要により導電剤としてカーボンブラック等を加え、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン等の結合剤を混練したのち、圧延等することで厚さ0.1mm〜0.5mm程度のシートに成形する。この電極シートに集電材である金属板(アルミニウム箔、アルミニウム板、金網状アルミニウムエキスパンド等)を積層して、セパレータを介し、電解液に浸して電気二重層キャパシタとすることができる。
【0044】
また、活性炭粉末あるいは活性炭粉末と気相法炭素繊維との混合物に、樹脂系バインダ(ポリフッ化ビニリデン等)あるいはヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどの水溶性バインダを混合して分極性電極材層形成用の塗料を作成し、この塗料を集電材(例えばアルミニウム箔、アルミニウム板)上にドクターブレード等の手法を用いて塗布した後、セパレータを介し、電解液に浸して電気二重層キャパシタとすることができる。
【0045】
この場合、電気二重層キャパシタの電解液としては公知の非水溶媒電解質溶液、水溶性電解質溶液のいずれも使用可能である。
【0046】
水系(水溶性電解質溶液)のものとしては、硫酸水溶液、硫酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化アンモニウム水溶液、塩化カリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液等が挙げられる。
【0047】
また、非水系(非水溶媒電解質溶液)のものとしては、RまたはRで表されるカチオン(R、R、R、Rは、それぞれ独立に炭素数1〜10のアルキル基またはアリル基である。)と、BF 、PF 、ClO 等のアニオンとからなる4級アンモニウム塩または4級ホスホニウム塩を電解質として、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル等のエーテル;ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−エチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−エチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルプロピオンアミド、ヘキサメチルホスホリルアミド等のアミド;ジメチルスルホキシド、スルホラン等の含硫黄化合物;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のジアルキルケトン;エチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン、2−メトキシテトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジオキソラン等の環状エーテル;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート;γ−ブチロラクトン;N−メチルピロリドン;アセトニトリル、ニトロメタン等の有機溶媒の溶液が好ましい。さらに、好ましくはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系非水溶媒を用いることができる。電解質または溶媒は、それぞれ二種以上用いることもできる。
【0048】
電極間に必要に応じて介在させるセパレータとしては、イオンを透過する多孔質セパレータであればよく、微孔性ポリエチレンフィルム、微孔性ポリプロピレンフィルム、ポリエチレン不織布、ポリプロピレン不織布、ガラス繊維混抄不織布、ガラスマットフィルタ等が好ましく使用できる。
【0049】
【実施例】
以下に本発明について代表的な例を示し、さらに具体的に説明する。なお、これらは説明のための単なる例示であって、本発明はこれらに何等制限されるものではない。下記の例における各特性の測定方法は以下の通りである。
【0050】
(1)BET比表面積および細孔容積
Quantachrome社製、NOVA1200を使用し、液体窒素温度における窒素の吸着等温線より、BET法およびBJH法を用いて算出した。なお、窒素の吸着量は相対圧力(P/P0)0.01〜1.0で測定した。
【0051】
(2)ラマンスペクトル
励起光としてArレーザー514.5nm、検出器としてCCD(Charge Coupled Device)を使用し、スリット500μm、露光60秒で活性炭の原料としての炭素材料のラマンスペクトルを測定した。
【0052】
(3)電気容量
平均粒径30μmの活性炭80質量部にPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)10質量部、カーボンブラック10質量部を添加し、メノウ乳鉢で混練して圧延ローラーで厚さ0.5mmのシート状に圧延したシートを直径20mmの円板に打抜き、200℃で一昼夜で真空乾燥して分極性電極として使用した。
【0053】
前記の電極を、高純度アルゴンを循環させているグローブボックス内において、図1のような評価用セルに組立てて使用した。図1において、1はアルミニウム製の上蓋、2はフッ素ゴム製Oリング、3はアルミニウムからなる集電体、4はテフロン(登録商標)からなる絶縁材、5はアルミニウム製容器、6はアルミニウム製バネ、7は分極性電極、8はガラス繊維からなる厚さ1mmのセパレータである。電解液にはPC(プロピレンカーボネート)を溶媒とし、(CNBFを電解質とする富山薬品工業(株)製の商品名LIPASTE−P/EAFIN(1モル/リットル)を使用した。
【0054】
充放電時の電極膨張率の変化を測定する場合には、図4のような評価用セルを使用し、電極厚み方向の変位をインジケーターを使用して計測する。なお、図4中の電極抑え用コイルばね(6)は、1cm圧縮するのに0.1〜1.0kgf程度の加重を必要とするものが使用可能であるが、本測定のあたっては0.3kgfの加重を必要とするものを使用した。測定温度は室温(20℃〜30℃)とした。
【0055】
充放電測定は北斗電工(株)製充放電試験装置HJ−101SM6を使用し、充放電電流5mA(1.6mA/cm)、50mA(16mA/cm)、150mA(48mA/cm)にて0〜2.5Vあるいは0〜3.0Vで充放電を行い、2回目の定電流放電によって得られた放電曲線から、電気二重層キャパシタの両極活性炭の質量当たりの電気容量(F/g)と体積当たりの電気容量(F/ml)を算出した。
【0056】
耐久性は、2回目の充放電後の電気容量に対する20回の充放電サイクル試験後の電気容量の割合として評価した。
【0057】
(実施例1)
軟化点86℃の川崎製鉄(株)製石炭ピッチを500℃(1段目)、及び700℃(2段目)で熱処理した。得られた炭素質材料に、質量比で2.5倍量のKOHを混合し、ルツボに充填した。これを750℃まで3℃/hrで昇温した後、750℃で60分保持して賦活した。賦活した炭素材料は1N塩酸で洗浄した後、蒸留水で洗浄し、残留KOH及び金属不純物を除去した。これを200℃で真空乾燥して活性炭とした。
【0058】
この活性炭の比表面積は930m/gであった。BJH法による20〜50オングストロームの細孔容積は、0.0416ml/g、ラマンスペクトルは図2のようになり、Gピーク高さに対するDピーク高さの比は0.92であった。
【0059】
電気容量は、充放電電流5mA(1.6mA/cm)、2.5V充放電時には36.5F/g、31.0F/ml、であり、20サイクル充放電後の容量保持率は98.4%であった。充放電電流5mA(1.6mA/cm)、3.0V充放電時には37.7F/g,32.0F/mlであり、20サイクル充放電後の容量保持率は96.9%であった。活性炭電極の電極密度は0.85g/mlであり、(電極膨張率/BET比表面積)の値は0.0108であった。
【0060】
(実施例2)
実施例1の方法で得られた活性炭に対して、気相法炭素繊維を5質量%混合して分極性電極材料とした。充放電電流5mA(1.6mA/cm)、2.5V充放電時の電気容量は36.4F/g、32.4F/mlであり、20サイクル充放電後の容量保持率は98.9%であった。充放電電流5mA(1.6mA/cm)、3.0V充放電時の電気容量は39.5F/g、35.2F/mlであり、20サイクル容量保持率は97.7%であった。電極密度は0.89g/mlであり、(電極膨張率/BET比表面積)の値は0.008であった。
【0061】
(実施例3)
軟化点86℃の川崎製鉄(株)製石炭ピッチを500℃および800℃で熱処理処理した以外は実施例1と同様にして活性炭を製造し、分極性電極材料とした。
【0062】
この活性炭の比表面積は173m/gであり、BJH法による20〜50オングストロームの細孔容積は0.0271ml/gであった。ラマンスペクトルにおけるGピーク高さに対するDピーク高さの比は0.93であった。
【0063】
また、得られた活性炭は、TEM(透過型電子顕微鏡)(図3)から、表層に含まれる炭素層が結晶の揃った黒鉛構造をほとんど含有しない、概ね乱層構造のみからなる活性炭であることが確認された。
【0064】
充放電電流5mA(1.6mA/cm)、2.5V充放電時の電気容量は32.6F/g、31.9F/mlであり、20サイクル充放電後の容量保持率は98.7%であった。充放電電流5mA(1.6mA/cm)、3.0V充放電時の電気容量は35.5F/g、34.8F/mlであり、20サイクル容量保持率は97.2%であった。活性炭電極の電極密度は0.98g/mlであった。
(電極膨張率/BET比表面積)の値は0.0116であった。
【0065】
(実施例4)
実施例3の方法で得られた活性炭に対して、気相法炭素繊維をアルカリ賦活したもの(ミクロ孔容積:0.3ml、BET比表面積530m/g)5質量%混合して分極性電極材料とした。充放電電流5mA(1.6mA/cm)、2.5V充放電時の電気容量は33.5F/g、33.5F/mlであり、20サイクル充放電後の容量保持率は99.0%であった。充放電電流5mA(1.6mA/cm)、3.0V充放電時の電気容量は34.5F/g、34.5F/mlであり、20サイクル容量保持率は98.0%であった。活性炭電極の電極密度は1.0g/mlであり、(電極膨張率/BET比表面積)の値は0.0082であった。
【0066】
(実施例5)
軟化点86℃の川崎製鉄(株)製石炭ピッチを500℃(1段目)、及び750℃(2段目)で熱処理した。得られた炭素質材料に、質量比で2.5倍量のKOHを混合し、ルツボに充填した。これを750℃まで3℃/hrで昇温した後、750℃で60分保持して賦活した。賦活した炭素材料は1N塩酸で洗浄した後、蒸留水で洗浄し、残留KOH及び金属不純物を除去した。これを200℃で真空乾燥して活性炭とした。この活性炭の比表面積は444m/gであった。
【0067】
電気容量は、充放電電流5mA(1.6mA/cm)、2.5V充放電時には35.5F/g、33.0F/ml、であり、20サイクル充放電後の容量保持率は97.8%であった。活性炭電極の電極密度は0.93g/mlであり、(電極膨張率/BET比表面積)の値は0.11であった
(比較例1)
炭素材料として石油コークスを用い、質量比で2.5倍量のKOHを混合し、ルツボに充填した。これを750℃で60分保持して賦活した。賦活した炭素材料は1N塩酸で洗浄した後、蒸留水で洗浄し、残存KOH及び金属不純物を除去した。これを200℃で真空乾燥し、活性炭とした。この活性炭の比表面積は1905m/gであり、ラマンスペクトルのGピーク高さに対するDピーク高さの比は0.98であった。
【0068】
充放電電流5mA(1.6mA/cm)、2.5V充放電時の電気容量は、44.5F/g、24.0F/mlであり、20サイクル充放電後の容量保持率は96.3%であった。充放電電流5mA(1.6mA/cm)、3.0V充放電時の電気容量は45.0F/g、24.3F/mlであり、20サイクル容量保持率は94.0%であった。分極性電極の電極密度は0.54g/mlであった。(電極膨張率/BET比表面積)の値は0.0005であった。
【0069】
(比較例2)
炭素材料としてMCMB(大阪ガス製メソカーボンマイクロビーズ)を用い、質量比で5倍量のKOHを混合し、ルツボに充填した。これを750℃で60分保持して賦活した。賦活した炭素材料は1N塩酸で洗浄した後、蒸留水で洗浄し、残存KOH及び金属不純物を除去した。これを200℃で真空乾燥し、活性炭とした。この活性炭の比表面積は127m/gであり、20〜50オングストロームの細孔容積は0.013ml/g、ラマンスペクトルのGピーク高さに対するDピーク高さの比は0.92であった。
【0070】
充放電電流5mA(1.6mA/cm)、2.5V充放電時の電気容量は、10.2F/g、9.4F/mlであり、20サイクル充放電後の容量保持率は99.1%であった。充放電電流5mA(1.6mA/cm)、3.0V充放電時の電気容量は11.5F/g、10.6F/mlであり、20サイクル容量保持率は98.5%であった。分極性電極の電極密度は0.92g/mlであった。(電極膨張率/BET比表面積)の値は0.394であった。
【0071】
【発明の効果】
石炭系ピッチを2段階の温度範囲で熱処理しアルカリ賦活する工程を含む本発明によって、過剰な電圧を与えなくとも、電気容量(F/ml)が高く、耐久性も良好な活性炭を得ることができた。
【0072】
特に、本発明の活性炭を含む電極は4V程度の過剰な電圧を印加しなくても、通常使用される2〜3V程度の電圧印加によって1サイクルめから十分な容量発現が起こり、重量当たりの電気容量(F/g)及び体積当たりの電気容量(F/ml)がともに高いという特徴を有していた。
【0073】
また、本発明の活性炭は、BET比表面積が10〜1500m/gの範囲で、(電極膨張率)/(BET比表面積)の値が0.12以下であり、キャパシタ設計上の問題を生じにくいものであった。
【0074】
さらに本発明の活性炭に気相法炭素繊維を混合することで、電極強度および耐久性に優れた特性を発揮する分極性電極および電気二重層キャパシタを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】電気二重層キャパシタ評価用セルの断面図である。
【図2】本発明の実施例1で製造した活性炭のラマンスペクトル曲線である。図2において、縦軸はスペクトル強度(Int.)、横軸はラマンシフト(測定波長;cm−1)である。
【図3】本発明の実施例3で製造した活性炭の透過型電子顕微鏡(TEM)写真(倍率:2百万倍)である。
【図4】電極膨張測定用セルの模式図である。
【符号の説明】
1 上蓋
2 Oリング
3 集電体
4 絶縁体
5 容器
6 ばね
7 電極
8 セパレーター
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to activated carbon useful as an electric double layer capacitor (also referred to as an electric double layer capacitor). More specifically, a method for producing activated carbon which can be suitably used as an electrode material for a capacitor having high electric capacity and high durability, an electrode for an electric double layer capacitor (polarizable electrode) using the activated carbon, and an electric double layer capacitor having the electrode About.
[0002]
[Prior art]
Electric double layer capacitors have characteristics that batteries do not have, such as rapid charging and discharging, strong resistance to overcharging and discharging, long life due to no chemical reaction, usable in a wide temperature range, and environmental friendliness because they do not contain heavy metals. And is conventionally used as a memory backup power supply. In recent years, large-capacity development has rapidly progressed, applications for high-performance energy devices have been promoted, and applications for power storage systems combined with solar cells and fuel cells, and engine assists for hybrid cars have been studied. I have.
[0003]
The electric double layer capacitor has a structure in which a pair of positive and negative polar electrodes made of activated carbon or the like are opposed to each other via a separator in a solution containing electrolyte ions. When a DC voltage is applied to the electrode, anions in the solution are attracted to the electrode polarized to the positive (+) side, and cations in the solution are attracted to the electrode polarized to the negative (−) side. The electric double layer formed at the interface with the substrate is used as electric energy.
[0004]
The conventional electric double layer capacitor is excellent in power density, but has a disadvantage in that the energy density is inferior. Therefore, when it is used for an energy device, further development of a larger capacity is required. In order to increase the capacity of an electric double layer capacitor, it is essential to develop an electrode material that forms a large number of electric double layers between solutions.
[0005]
Therefore, in order to form more electric double layers, the use of activated carbon having a large specific surface area has been studied. Such activated carbon has an excellent electric capacity per weight (F / g), but has a reduced electrode density. Therefore, there is a problem that the electric capacity per volume (F / ml) does not increase so much.
[0006]
In recent years, it has been proposed to produce activated carbon having microcrystals similar to graphite and use it as a raw material for a polarizable electrode (for example, see Patent Document 1). An electric double layer capacitor using the activated carbon as a raw material for a polarizable electrode can be said to be an excellent raw material in that it has a large electric capacity.
[0007]
However, this activated carbon also had problems and was not satisfactory. That is, since the activated carbon expands when a voltage is applied, a dimension limiting structure is required to suppress the expansion as described in the patent publication, and there is a major problem in the operation of assembling the capacitor. Also, unless a voltage of about 4 V is applied in advance, the electric capacity does not appear, which may cause decomposition of the electrolytic solution.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-11-317333
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an activated carbon that can increase the electric capacity per electrode without applying an excessive voltage.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made as a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, and the following constitutions of the present invention have been made to achieve the above objects.
1) The BET specific surface area determined by the nitrogen adsorption method is 10 m2/ G-1000m2/ G, activated carbon not containing graphite microcrystals.
2) The BET specific surface area determined by the nitrogen adsorption method is 10 m2/ G ~ 1500m2/ G, activated carbon not containing graphite microcrystals.
3) Raman spectrum G peak (1580 cm-1D) peak height (1360 cm)-1The activated carbon according to 1) or 2), wherein the ratio of the peak heights in ()) is 0.8 to 1.2.
4) The activated carbon has a BET specific surface area of 10 m determined by the nitrogen adsorption method.2/ G ~ 1500m2/ G, wherein the value of (electrode expansion coefficient) / (BET specific surface area) in the electrode containing the activated carbon is 0.12 or less.
5) The activated carbon has a BET specific surface area of 10 m determined by the nitrogen adsorption method.2/ G ~ 1500m2/ G, wherein the electrode containing the activated carbon has an electrode expansion coefficient of 50% or less and the density of the electrode is 0.70 g / ml or more.
6) The activated carbon according to any one of 1) to 5), which has a pore volume of 20 to 50 angstroms determined by a nitrogen adsorption method according to a BJH method of not less than 0.02 ml / g.
7) A polarizable electrode material containing the activated carbon according to any one of 1) to 6).
8) A polarizable electrode material comprising the activated carbon according to any one of 1) to 6) and a vapor grown carbon fiber.
9) The polarizable electrode material according to 8), wherein the vapor-grown carbon fiber has a hollow structure, an outer diameter of 2 to 500 nm, and an aspect ratio of 10 to 15000.
10) The polarizable electrode material according to 8) or 9), wherein the vapor-grown carbon fiber has a branched structure.
11) The vapor grown carbon fiber has a pore volume of 0.01 ml / g to 0.4 ml / g, and has a BET specific surface area of 30 m determined by a nitrogen adsorption method.2/ G-1000m2/ G, the polarizable electrode material as described in any one of 8) to 10) above.
12) A laminate of a polarizable electrode sheet containing the polarizable electrode material according to any one of 7) to 11) and a current collector.
13) The laminate according to 12), wherein the current collector is selected from aluminum, carbon-coated aluminum, stainless steel, and titanium.
14) An electrode forming composition comprising the polarizable electrode material according to any one of 7) to 11).
15) A conductor formed from the composition according to 14).
16) An electric double layer capacitor including the polarizable electrode material according to any one of 7) to 11).
17) a step of heat-treating the coal-based pitch in two temperature ranges of 400 ° C. to 600 ° C. and 600 ° C. to 900 ° C., and then a step of mixing and heating the heat-treated coal-based pitch with an alkali metal compound to activate it. A method for producing activated carbon, characterized in that:
18) A step of heat-treating the coal-based pitch in a two-stage temperature range of 400 ° C. to 600 ° C. and 600 ° C. to 900 ° C. in the vapor of the alkali metal, and then mixing and heating the heat-treated coal-based pitch with the alkali metal compound. A method for producing activated carbon, comprising a step of activating the activated carbon.
19) The method for producing activated carbon according to 17) or 18), wherein the alkali metal compound is at least one alkali hydroxide selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and cesium hydroxide. .
20) The method for producing activated carbon according to 19), wherein the alkali metal is at least one selected from the group consisting of potassium, sodium and cesium.
21) The BET specific surface area obtained by the nitrogen adsorption method, which is obtained by any one of the production methods of 17) to 20), is 10 m.2/ G-1000m2/ G, activated carbon not containing graphite microcrystals.
22) The BET specific surface area obtained by the nitrogen adsorption method, obtained by any one of the production methods of 17) to 20), of 10 m2/ G ~ 1500m2/ G, activated carbon not containing graphite microcrystals.
23) Raman spectrum G peak (1580 cm) obtained by any one of the production methods of 17) to 20).-1D) peak height (1360 cm)-1) Is 0.8 to 1.2, and the BET specific surface area determined by the nitrogen adsorption method is 10 m.2/ G-1000m2/ G of activated carbon containing no graphite microcrystals.
24) G peak of Raman spectrum (1580 cm) obtained by any one of the production methods of 17) to 20).-1D) peak height (1360 cm)-1) Is 0.8 to 1.2, and the BET specific surface area determined by the nitrogen adsorption method is 10 m.2/ G ~ 1500m2/ G of activated carbon containing no graphite microcrystals.
25) The BET specific surface area obtained by the nitrogen adsorption method, which is obtained by any one of the production methods of 17) to 20), is 10 m.2/ G ~ 1500m2/ G, wherein the value of (electrode expansion coefficient) / (BET specific surface area) is 0.12 or less.
26) The BET specific surface area obtained by the nitrogen adsorption method, which is obtained by any one of the manufacturing methods of 17) to 20), is 10 m.2/ G ~ 1500m2/ G, wherein the electrode expansion coefficient is 50% or less, and the density of the polarizable electrode is 0.70 g / ml or more.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The electrical properties of activated carbon greatly depend on the structural properties of the activated carbon, such as specific surface area, pore distribution, and crystal structure. The structural characteristics of such activated carbon are determined by the raw material structure, carbonization conditions, and activation conditions.
[0012]
Therefore, in order to obtain activated carbon useful as an electrode material, it is necessary to optimize the structure of the raw material, carbonization conditions, and activation conditions, but the present inventors optimally select coal-based pitch as the raw material. Was determined to be. Compared to petroleum-based carbon materials, coal-based pitch has fewer side chains, a higher proportion of aromatic compounds, and a mixture of polycyclic aromatic compounds with various molecular structures. This is because it is considered that these compounds form various complicated microcrystalline structures and the like and exhibit excellent electrical characteristics.
[0013]
The coal pitch to be selected is not particularly limited, but one having a softening point of 100 ° C. or lower, more preferably 60 ° C. to 90 ° C. is used.
[0014]
Then, this coal-based pitch is subjected to heat treatment including baking and carbonization in two stages at a temperature of 400 ° C to 600 ° C and 600 ° C to 900 ° C, preferably 450 ° C to 550 ° C and 650 ° C to 850 ° C.
[0015]
When the coal-based pitch is heated between 400 ° C. and 600 ° C., a thermal decomposition reaction occurs, gas and light fractions are eliminated, and the residue undergoes polycondensation and finally solidifies. In the first stage of the carbonization step, the state of micro-bonds between carbon atoms is almost determined, and the structure of the crystallite determined in this step determines the basis of the structure of the activated carbon as the final product.
[0016]
In the first stage carbonization step, the heating rate is 3 ° C./hr to 10 ° C./hr, more preferably 4 ° C./hr to 6 ° C./hr, and the holding time at the maximum temperature is 5 hours to 20 hours. It is more preferably performed for 8 hours to 12 hours.
[0017]
Next, a second-stage heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C to 900 ° C. Also in this second stage carbonization step, the heating rate is 3 ° C./hr to 10 ° C./hr, more preferably 4 ° C./hr to 6 ° C./hr, and the holding time at the highest temperature is 5 hours to 20 hours. It is more preferably performed for 8 hours to 12 hours.
[0018]
It is also effective to carry out these heat treatment (carbonization) steps in the vapor of an alkali metal. The alkali metal acts as a catalyst in the carbonization process. That is, cross-linking between aromatics in the pitch is promoted, and the carbonization reaction proceeds. Examples of the alkali metal include compounds such as sodium, potassium, and cesium.
[0019]
As a method of performing the heat treatment in the vapor of the alkali metal, for example, the heat treatment can be performed by introducing an alkali metal vapor volatilized from an alkali activation reaction system described later into the carbonization step system. In addition, a raw material pitch is set around the reaction vessel of the alkali activation reaction, and the heat treatment (carbonization) step and the alkali activation step are performed in parallel by exposing the raw material pitch to an alkali metal vapor volatilized from the alkali activation reaction system and heating simultaneously. Can do it. As a result, the processing time as a whole can be shortened, and the cost for energy for heating can be reduced.
[0020]
Next, the carbon material (the heat-treated carbonaceous raw material) is pulverized to a particle size of about 1 μm to 100 μm, mixed with an alkali metal compound and heated to form fine pores in the carbon material to obtain activated carbon.
[0021]
The alkali activator is not particularly limited as long as it is a compound containing an alkali metal, but the present invention is effective for a substance that melts during activation. Potassium, sodium and calcium hydroxides, carbonates, sulfides and sulfates are preferred. For example, potassium hydroxide, sodium hydroxide, cesium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, potassium sulfide, sodium sulfide, potassium thiocyanate, potassium sulfate, and sodium sulfate can be used. Preferred are potassium hydroxide and sodium hydroxide, and more preferred is potassium hydroxide. These may be used alone or in combination of two or more.
[0022]
The mixing amount of the alkali metal compound with respect to the carbonaceous raw material can be determined according to the crystallinity of the carbonaceous raw material, the amount of surface functional groups, and the use of the obtained carbon material. When the crystallinity of the carbonaceous raw material is high and the number of surface functional groups is small, the required amount of the alkali metal compound tends to increase. For example, when potassium hydroxide is used, the mass ratio of potassium hydroxide to carbonaceous raw material 1 is about 0.5 to 7, more preferably about 1 to 5, and still more preferably about 2 to 4. When the mass ratio of potassium hydroxide is less than 0.5, the development of the pores is poor, and when the mass ratio is 7 or more, the pores (micropores) decrease due to overactivation and progress of the destruction of the pore walls, and the specific surface area tends to decrease. is there.
[0023]
The activation treatment temperature varies depending on the type and shape of the raw material and the activation reaction rate (activation reaction rate), but is performed at 250 ° C to 1000 ° C, more preferably 500 ° C to 900 ° C, and still more preferably 600 ° C to 800 ° C. Performed at ° C. When the activation temperature is 400 ° C. or lower, the progress of activation is insufficient, the pores in the activated carbon are small, and the electric capacity is reduced when used as a polarizable electrode material of an electric double layer capacitor. If the temperature is higher than 1000 ° C., problems such as shrinkage of the pores of the activated carbon, remarkable deterioration in charging characteristics at a high current density, and severe corrosion of the activation device occur.
[0024]
The activated carbon thus obtained has a feature that it exhibits a high electric capacity from the first cycle without applying an excessive voltage, and has a high retention rate of the electric capacity.
[0025]
When the activated carbon was observed with a transmission microscope, it was confirmed that the activated carbon had only a turbostratic structure without fine crystals similar to graphite as shown in FIG.
G peak of Raman spectrum (1580 cm-1) D peak (1360 cm) with respect to height (height from the baseline to the peak point in the measured curve)-1) Height ratio was 0.8-1.2.
[0026]
Here, the intensity ratio of the D peak to the G peak in the Raman spectrum is used as an index indicating the degree of graphitization of the carbon material. However, when this intensity ratio is indicated as the peak height ratio, the degree of graphitization is high. The smaller the value. In the case of activated carbon having microcrystals, the value was approximately 0.6, but in the case of the activated carbon having no microcrystal, the value was 0.8 to 1.2.
[0027]
Further, activated carbon used as an electrode for a capacitor needs to have a certain amount or more of pores of 20 to 50 angstroms which are considered to contribute to capacity development and diffusion of an electrolyte.
[0028]
The activated carbon of the present invention has a BET specific surface area of 10 m2/ G ~ 1500m2/ G, preferably 10 m2/ G-1000m2/ G, which is smaller than the BET specific surface area of the activated carbon obtained by the conventional method (typically 2000 m2/ G ~ 3000m2/ G). Further, the activated carbon of the present invention has a pore volume of 20 to 50 angstroms (Angstrom) by a BJH (Barrett, Joyner and Hallenda) method of 0.02 ml / g or more.
[0029]
Due to the above crystal structure and pore structure, the activated carbon exhibits a high electric capacity from the first cycle without the step of inserting an ion between graphite layers by applying an excessive voltage. it can. Further, it is considered that, since a sufficient carbonization step has been performed, the amount of functional groups on the carbon surface is reduced, and deterioration of electric capacity is suppressed.
[0030]
The activated carbon thus activated was measured for tap density with a tap density meter (manufactured by Kuramochi Kagaku Seisakusho), and found to be 0.35 to 0.70 g / ml when the number of taps was 50, and the powder resistance was 1 It was 0.4 Ωcm or less at 0.0 MPa.
[0031]
To 80 parts by mass of this activated carbon, 10 parts by mass of PTFE (polytetrafluoroethylene) and 10 parts by mass of carbon black were added, and an electrode formed by kneading and rolling was used as a polarizable electrode. Is as shown in equation (1).
[0032]
Electrode expansion coefficient / BET specific surface area ≦ 0.12 (1)
Here, the electrode expansion coefficient (%) = (electrode thickness at the time of charging 2.5 V−electrode thickness before charging) / (electrode thickness before charging) × 100, and the unit of the BET specific surface area is m2/ G.
[0033]
By making the activated carbon satisfying the expression (1), a high electric capacity can be exhibited from the first cycle without giving an excessive voltage. When (electrode expansion coefficient / BET specific surface area) exceeds 0.12, the electrode expansion coefficient tends to be high for the BET specific surface area, but such activated carbon develops capacity unless an excessive voltage is applied. It tends to disappear, which is not preferable in designing a capacitor. In addition, when there is substantially no electrode expansion, the electrode expansion coefficient becomes zero, so that the ratio of (electrode expansion coefficient / BET specific surface area) becomes zero. When the ratio is 0.12 or less, preferably 0 or more and 0.12 or less, and more preferably 0 or more and 0.1 or less, it is considered that there is no problem in capacitor design. This is more preferable in terms of capacitor design.
[0034]
Further, when the electrode density of the polarizable electrode at this time was measured, it was 0.70 g / ml or more and 1.05 g / ml or less, more preferably 0.72 g / ml or more and 1.03 g / ml or less, and further more preferably It is 0.74 g / ml or more and 1.00 g / ml or less. When the electrode density is less than 0.70 g / ml, the activated carbon has a small electric capacity per volume (F / ml). Conversely, if the electrode density is higher than 1.05 g / ml, it becomes difficult to penetrate the electrolyte solution, which leads to an increase in internal resistance, which is not preferable.
[0035]
In this case, the electrode expansion coefficient is 0% or more and 50% or less, more preferably 0% or more and 30% or less, and still more preferably 0% or more and 20% or less. Although the electrode density is high, the electrode expansion due to charge and discharge is small. Activated carbon.
[0036]
By adding the vapor grown carbon fiber to the activated carbon, the characteristics can be further improved. The vapor grown carbon fiber is produced by, for example, spraying benzene and metal catalyst particles in a hydrogen stream at about 1000 ° C., has a hollow structure inside, an outer diameter of 2 nm to 500 nm, and an aspect ratio of 10 nm. Characteristically, it is 1515,000.
[0037]
By mixing the vapor grown carbon fiber with the activated carbon, the contact resistance between particles is reduced, the electrode strength is improved, and the durability as a polarizable electrode is improved.
In this case, if the vapor-grown carbon fiber having many branches is mixed, the role as a cushion material inside the electrode is further enhanced, so that the activated carbon particles contract during charge and discharge, and the electrode strength is reduced or the particles are reduced. It is more effective to prevent the contact resistance between them from increasing.
[0038]
As the vapor-grown carbon fiber, a manufactured one baked at 1000 ° C. to 1500 ° C. or a further graphitized one can be used.
[0039]
It is also possible to use a gas-activated or chemical-activated gas-phase grown carbon fiber. In this case, the volume of micropores (pores of 20 angstrom or less) is 0.01 ml / g to 0.4 ml. / G, BET specific surface area 30m2/ G-1000m2/ G of which the surface structure is controlled to be better. Mixing carbon fibers with many micropores increases the ion diffusion resistance inside the electrode.
[0040]
In this case, the mixing amount of the vapor grown carbon fiber is preferably from 0.02% by mass to 50% by mass, and more preferably from 0.05% by mass to 30% by mass. If the content is less than 0.02% by mass, a sufficient effect cannot be obtained because the effect of increasing the number of contact points with the activated carbon particles is small. If it is 50% by mass or more, the content of activated carbon in the polarizable electrode decreases, and the electric capacity decreases.
[0041]
From the activated carbon of the present invention, a polarizable electrode and an electric double layer capacitor can be produced according to a known method. That is, the polarizable electrode is a method in which a conductive agent and a binder are added to activated carbon and kneading and rolling is performed, a conductive agent, a binder, and a solvent are added to the activated carbon to prepare a slurry-like paint, and a predetermined thickness is formed on the conductive base material. And a method in which the solvent is evaporated at room temperature or by heating, or a method in which uncarbonized resin is mixed with activated carbon and sintered.
[0042]
In this case, as the conductive base material, a foil, a plate-like material, a wire net-like expanded material of aluminum, carbon-coated aluminum, stainless steel, titanium or the like having a thickness of about 10 μm to 0.5 mm is used. In addition, conductive rubber, corrosion-resistant metal, graphite and the like are also used.
[0043]
For example, if necessary, carbon black or the like is added as a conductive agent to activated carbon powder or a mixture of activated carbon powder and vapor-grown carbon fiber, and after kneading a binder such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyvinylidene fluoride, rolling is performed. By doing so, a sheet having a thickness of about 0.1 mm to 0.5 mm is formed. A metal plate (aluminum foil, aluminum plate, wire mesh aluminum expand, or the like) serving as a current collector is laminated on the electrode sheet, and immersed in an electrolytic solution via a separator to form an electric double layer capacitor.
[0044]
Further, a resin-based binder (such as polyvinylidene fluoride) or a water-soluble binder such as hydroxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, carboxycellulose, or hydroxypropylcellulose is mixed with the activated carbon powder or a mixture of the activated carbon powder and the vapor-grown carbon fiber. A paint for forming a polar electrode material layer is prepared, and the paint is applied on a current collector (for example, an aluminum foil or an aluminum plate) using a method such as a doctor blade, and then dipped in an electrolytic solution through a separator to remove the electric power. It can be a multilayer capacitor.
[0045]
In this case, any of a known non-aqueous solvent electrolyte solution and a water-soluble electrolyte solution can be used as the electrolyte for the electric double layer capacitor.
[0046]
Examples of the aqueous type (aqueous electrolyte solution) include a sulfuric acid aqueous solution, a sodium sulfate aqueous solution, a sodium hydroxide aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution, an ammonium hydroxide aqueous solution, a potassium chloride aqueous solution, and a potassium carbonate aqueous solution.
[0047]
Non-aqueous (non-aqueous electrolyte solution) includes R1R2R3R4N+Or R1R2R3R4P+The cation represented by the formula (R1, R2, R3, R4Is each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an allyl group. ) And BF4 , PF6 , ClO4 As an electrolyte, a quaternary ammonium salt or a quaternary phosphonium salt comprising an anion such as diethyl ether, dibutyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, Ethers such as diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, and ethylene glycol phenyl ether; formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N-ethylformamide, N, N-diethylformamide, N-methylacetamide, N, N- Dimethylacetamide, N-ethylacetamide, N, N-diethylacetamide, Amides such as N, N-dimethylpropionamide and hexamethylphosphorylamide; sulfur-containing compounds such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; dialkyl ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; ethylene oxide, propylene oxide, tetrahydrofuran, 2-methoxytetrahydrofuran, 1,2 Preferred are solutions of cyclic ethers such as -dimethoxyethane and 1,3-dioxolane; carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate; γ-butyrolactone; N-methylpyrrolidone; organic solvents such as acetonitrile and nitromethane. Further, a carbonate-based nonaqueous solvent such as ethylene carbonate and propylene carbonate can be preferably used. Two or more electrolytes or solvents can be used respectively.
[0048]
The separator to be interposed between the electrodes as necessary may be a porous separator that transmits ions, and may be a microporous polyethylene film, a microporous polypropylene film, a polyethylene nonwoven fabric, a polypropylene nonwoven fabric, a glass fiber mixed nonwoven fabric, a glass mat. Filters and the like can be preferably used.
[0049]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by showing typical examples. These are merely examples for explanation, and the present invention is not limited to these. The measuring method of each characteristic in the following example is as follows.
[0050]
(1) BET specific surface area and pore volume
Using a NOVA1200 manufactured by Quantachrome Co., it was calculated from the nitrogen adsorption isotherm at the liquid nitrogen temperature using the BET method and the BJH method. The nitrogen adsorption amount was measured at a relative pressure (P / P0) of 0.01 to 1.0.
[0051]
(2) Raman spectrum
Using an Ar laser at 514.5 nm as excitation light and a CCD (Charge Coupled Device) as a detector, the Raman spectrum of a carbon material as a raw material of activated carbon was measured at a slit of 500 μm and an exposure of 60 seconds.
[0052]
(3) Electric capacity
10 parts by mass of PTFE (polytetrafluoroethylene) and 10 parts by mass of carbon black were added to 80 parts by mass of activated carbon having an average particle size of 30 μm, kneaded in an agate mortar, and rolled into a sheet having a thickness of 0.5 mm with a rolling roller. The sheet was punched into a disk having a diameter of 20 mm, and dried in a vacuum at 200 ° C. overnight to use as a polarizable electrode.
[0053]
The above-mentioned electrode was assembled and used in an evaluation cell as shown in FIG. 1 in a glove box in which high-purity argon was circulated. In FIG. 1, 1 is an aluminum upper cover, 2 is a fluoro rubber O-ring, 3 is a current collector made of aluminum, 4 is an insulating material made of Teflon (registered trademark), 5 is an aluminum container, and 6 is aluminum. A spring, 7 is a polarizable electrode, and 8 is a 1 mm thick separator made of glass fiber. PC (propylene carbonate) is used as a solvent for the electrolyte, and (C2H5)4NBF4LIPASTE-P / EAFIN (1 mol / l) manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd. was used as an electrolyte.
[0054]
When measuring the change in the coefficient of electrode expansion during charge and discharge, a cell for evaluation as shown in FIG. 4 is used, and the displacement in the electrode thickness direction is measured using an indicator. Note that the electrode-retaining coil spring (6) shown in FIG. 4 may require a load of about 0.1 to 1.0 kgf to compress it by 1 cm. Those requiring a load of 0.3 kgf were used. The measurement temperature was room temperature (20 ° C to 30 ° C).
[0055]
The charge / discharge measurement was performed using a charge / discharge tester HJ-101SM6 manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd., and the charge / discharge current was 5 mA (1.6 mA / cm).2), 50 mA (16 mA / cm2), 150 mA (48 mA / cm2) At 0 to 2.5 V or 0 to 3.0 V, and from the discharge curve obtained by the second constant current discharge, the electric capacity per mass of the bipolar activated carbon of the electric double layer capacitor (F / g) and the electric capacity per volume (F / ml) were calculated.
[0056]
The durability was evaluated as a ratio of the electric capacity after the 20th charge / discharge cycle test to the electric capacity after the second charge / discharge.
[0057]
(Example 1)
A coal pitch manufactured by Kawasaki Steel Co., Ltd. having a softening point of 86 ° C. was heat-treated at 500 ° C. (first stage) and 700 ° C. (second stage). The obtained carbonaceous material was mixed with 2.5 times the amount of KOH by mass ratio and filled in a crucible. This was heated to 750 ° C. at a rate of 3 ° C./hr, and then activated at 750 ° C. for 60 minutes. The activated carbon material was washed with 1N hydrochloric acid and then with distilled water to remove residual KOH and metal impurities. This was vacuum-dried at 200 ° C. to obtain activated carbon.
[0058]
The specific surface area of this activated carbon is 930m2/ G. The pore volume at 20 to 50 angstroms according to the BJH method was 0.0416 ml / g, the Raman spectrum was as shown in FIG. 2, and the ratio of the D peak height to the G peak height was 0.92.
[0059]
The electric capacity is 5 mA (1.6 mA / cm).2), 36.5 F / g and 31.0 F / ml during 2.5 V charge / discharge, and the capacity retention after 20 cycles of charge / discharge was 98.4%. Charge / discharge current 5 mA (1.6 mA / cm23) F / g and 32.0 F / ml during 3.0 V charge / discharge, and the capacity retention after 20 cycles of charge / discharge was 96.9%. The electrode density of the activated carbon electrode was 0.85 g / ml, and the value of (electrode expansion coefficient / BET specific surface area) was 0.0108.
[0060]
(Example 2)
5% by mass of vapor grown carbon fiber was mixed with the activated carbon obtained by the method of Example 1 to obtain a polarizable electrode material. Charge / discharge current 5 mA (1.6 mA / cm2), The electric capacity during charge and discharge at 2.5 V was 36.4 F / g and 32.4 F / ml, and the capacity retention after charge and discharge for 20 cycles was 98.9%. Charge / discharge current 5 mA (1.6 mA / cm2) The electric capacity at the time of charging / discharging at 3.0 V was 39.5 F / g and 35.2 F / ml, and the 20-cycle capacity retention was 97.7%. The electrode density was 0.89 g / ml, and the value of (electrode expansion coefficient / BET specific surface area) was 0.008.
[0061]
(Example 3)
Activated carbon was produced in the same manner as in Example 1 except that a coal pitch manufactured by Kawasaki Steel Co., Ltd. having a softening point of 86 ° C. was heat-treated at 500 ° C. and 800 ° C., and used as a polarizable electrode material.
[0062]
The specific surface area of this activated carbon is 173m2/ G, and the pore volume of 20 to 50 Å according to the BJH method was 0.0271 ml / g. The ratio of the D peak height to the G peak height in the Raman spectrum was 0.93.
[0063]
In addition, the obtained activated carbon was determined by TEM (transmission electron microscope) (FIG. 3) to be an activated carbon having only a disordered layer structure, in which the carbon layer contained in the surface layer hardly contains a graphite structure with crystals. Was confirmed.
[0064]
Charge / discharge current 5 mA (1.6 mA / cm2), The electric capacity during charge and discharge at 2.5 V was 32.6 F / g and 31.9 F / ml, and the capacity retention after charge and discharge for 20 cycles was 98.7%. Charge / discharge current 5 mA (1.6 mA / cm2) The electric capacity at the time of 3.0 V charge / discharge was 35.5 F / g and 34.8 F / ml, and the 20-cycle capacity retention was 97.2%. The electrode density of the activated carbon electrode was 0.98 g / ml.
The value of (electrode expansion coefficient / BET specific surface area) was 0.0116.
[0065]
(Example 4)
The activated carbon obtained by the method of Example 3 was obtained by alkali-activating vapor grown carbon fiber (micropore volume: 0.3 ml, BET specific surface area: 530 m)2/ G) 5 mass% was mixed to obtain a polarizable electrode material. Charge / discharge current 5 mA (1.6 mA / cm2), The electric capacity during 2.5 V charge / discharge was 33.5 F / g and 33.5 F / ml, and the capacity retention after 20 cycles of charge / discharge was 99.0%. Charge / discharge current 5 mA (1.6 mA / cm2) The electric capacity at the time of charging / discharging at 3.0 V was 34.5 F / g and 34.5 F / ml, and the 20-cycle capacity retention was 98.0%. The electrode density of the activated carbon electrode was 1.0 g / ml, and the value of (electrode expansion coefficient / BET specific surface area) was 0.0082.
[0066]
(Example 5)
A coal pitch manufactured by Kawasaki Steel Co., Ltd. having a softening point of 86 ° C. was heat-treated at 500 ° C. (first stage) and 750 ° C. (second stage). The obtained carbonaceous material was mixed with 2.5 times the amount of KOH by mass ratio and filled in a crucible. This was heated to 750 ° C. at a rate of 3 ° C./hr, and then activated at 750 ° C. for 60 minutes. The activated carbon material was washed with 1N hydrochloric acid and then with distilled water to remove residual KOH and metal impurities. This was vacuum-dried at 200 ° C. to obtain activated carbon. The specific surface area of this activated carbon is 444m2/ G.
[0067]
The electric capacity is 5 mA (1.6 mA / cm).2), 35.5 F / g and 33.0 F / ml during 2.5 V charge / discharge, and the capacity retention after 20 cycles of charge / discharge was 97.8%. The electrode density of the activated carbon electrode was 0.93 g / ml, and the value of (electrode expansion coefficient / BET specific surface area) was 0.11.
(Comparative Example 1)
Using petroleum coke as a carbon material, 2.5 times the amount of KOH in a mass ratio was mixed and filled in a crucible. This was kept at 750 ° C. for 60 minutes for activation. The activated carbon material was washed with 1N hydrochloric acid and then with distilled water to remove residual KOH and metal impurities. This was vacuum-dried at 200 ° C. to obtain activated carbon. The specific surface area of this activated carbon is 1905m2/ G, and the ratio of the D peak height to the G peak height in the Raman spectrum was 0.98.
[0068]
Charge / discharge current 5 mA (1.6 mA / cm2), The electric capacity during charge and discharge at 2.5 V was 44.5 F / g and 24.0 F / ml, and the capacity retention after charge and discharge for 20 cycles was 96.3%. Charge / discharge current 5 mA (1.6 mA / cm2) 3.0 V charge / discharge electric capacity was 45.0 F / g and 24.3 F / ml, and the 20-cycle capacity retention was 94.0%. The electrode density of the polarizable electrode was 0.54 g / ml. The value of (electrode expansion coefficient / BET specific surface area) was 0.0005.
[0069]
(Comparative Example 2)
MCMB (mesocarbon microbeads manufactured by Osaka Gas Co., Ltd.) was used as a carbon material, and a 5-fold amount of KOH was mixed at a mass ratio and filled in a crucible. This was kept at 750 ° C. for 60 minutes for activation. The activated carbon material was washed with 1N hydrochloric acid and then with distilled water to remove residual KOH and metal impurities. This was vacuum-dried at 200 ° C. to obtain activated carbon. The specific surface area of this activated carbon is 127 m2/ G, the pore volume at 20 to 50 Å was 0.013 ml / g, and the ratio of the D peak height to the G peak height in the Raman spectrum was 0.92.
[0070]
Charge / discharge current 5 mA (1.6 mA / cm2), The electric capacity during charging and discharging at 2.5 V was 10.2 F / g and 9.4 F / ml, and the capacity retention after charging and discharging for 20 cycles was 99.1%. Charge / discharge current 5 mA (1.6 mA / cm2) The electric capacity at the time of 3.0 V charge / discharge was 11.5 F / g, 10.6 F / ml, and the 20-cycle capacity retention was 98.5%. The electrode density of the polarizable electrode was 0.92 g / ml. The value of (electrode expansion coefficient / BET specific surface area) was 0.394.
[0071]
【The invention's effect】
According to the present invention including the step of heat-treating coal-based pitch in a two-stage temperature range and activating alkali, it is possible to obtain activated carbon having a high electric capacity (F / ml) and good durability without applying an excessive voltage. did it.
[0072]
In particular, the electrode containing the activated carbon of the present invention, even when an excessive voltage of about 4 V is not applied, a sufficient capacity is developed from the first cycle by applying a commonly used voltage of about 2 to 3 V, and the electric power per weight is increased. Both the capacity (F / g) and the electric capacity per volume (F / ml) were high.
[0073]
The activated carbon of the present invention has a BET specific surface area of 10 to 1500 m.2/ G, the value of (electrode expansion coefficient) / (BET specific surface area) was 0.12 or less, which was unlikely to cause a problem in capacitor design.
[0074]
Furthermore, by mixing the vapor-grown carbon fiber with the activated carbon of the present invention, it was possible to obtain a polarizable electrode and an electric double layer capacitor exhibiting characteristics excellent in electrode strength and durability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a cell for evaluating an electric double layer capacitor.
FIG. 2 is a Raman spectrum curve of the activated carbon produced in Example 1 of the present invention. 2, the vertical axis represents the spectrum intensity (Int.), And the horizontal axis represents the Raman shift (measurement wavelength; cm).-1).
FIG. 3 is a transmission electron microscope (TEM) photograph (magnification: 2 million times) of the activated carbon produced in Example 3 of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram of an electrode expansion measurement cell.
[Explanation of symbols]
1 Top lid
2 O-ring
3 current collector
4 Insulator
5 containers
6 Spring
7 electrodes
8 Separator

Claims (26)

窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1000m/gであり、黒鉛微結晶を含有しない活性炭。BET specific surface area determined by a nitrogen adsorption method is 10m 2 / g~1000m 2 / g, the activated carbon containing no graphite crystallites. 窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1500m/gであり、黒鉛微結晶を含有しない活性炭。BET specific surface area determined by a nitrogen adsorption method is 10m 2 / g~1500m 2 / g, the activated carbon containing no graphite crystallites. ラマンスペクトルのGピーク(1580cm−1)のピーク高さに対するDピーク(1360cm−1)のピーク高さの比が0.8〜1.2である請求項1または2に記載の活性炭。Activated carbon according to claim 1 or 2 ratio of the peak height of D peak to peak height of G peak of the Raman spectrum (1580cm -1) (1360cm -1) is 0.8 to 1.2. 活性炭が、窒素吸着法によって求めたBET比表面積を10m/g〜1500m/gの範囲で有し、該活性炭を含む電極において(電極膨張率)/(BET比表面積)の値が0.12以下である活性炭。Activated carbon, the BET specific surface area determined by the nitrogen adsorption method has a range of 10m 2 / g~1500m 2 / g, the electrode containing the activated carbon value of (electrode expansion rate) / (BET specific surface area) 0. Activated carbon that is 12 or less. 活性炭が、窒素吸着法によって求めたBET比表面積を10m/g〜1500m/gの範囲で有し、該活性炭を含む電極の電極膨張率が50%以下、該電極の密度が0.70g/ml以上となる活性炭。Activated carbon, the BET specific surface area determined by the nitrogen adsorption method has a range of 10m 2 / g~1500m 2 / g, the electrode expansion rate of the electrode containing the activated carbon 50% or less, the density of the electrode 0.70g / Ml activated carbon. 窒素吸着法によって求めたBJH法による20〜50オングストロームの細孔容積が0.02ml/g以上である請求項1〜5のいずれかひとつに記載の活性炭。The activated carbon according to any one of claims 1 to 5, wherein a pore volume of 20 to 50 angstroms determined by a nitrogen adsorption method by a BJH method is 0.02 ml / g or more. 請求項1〜6のいずれかひとつに記載の活性炭を含む分極性電極材料。A polarizable electrode material comprising the activated carbon according to claim 1. 請求項1〜6のいずれかひとつに記載の活性炭と気相法炭素繊維を含む分極性電極材料。A polarizable electrode material comprising the activated carbon according to any one of claims 1 to 6 and a vapor grown carbon fiber. 気相法炭素繊維が、中空構造を有し、外径2〜500nm、アスペクト比10〜15000であることを特徴とする請求項8に記載の分極性電極材料。The polarizable electrode material according to claim 8, wherein the vapor-grown carbon fiber has a hollow structure, an outer diameter of 2 to 500 nm, and an aspect ratio of 10 to 15000. 気相法炭素繊維が、分岐構造を有していることを特徴とする請求項8または9に記載の分極性電極材料。The polarizable electrode material according to claim 8 or 9, wherein the vapor grown carbon fiber has a branched structure. 気相法炭素繊維が、0.01ml/g〜0.4ml/gの細孔容積を有し、窒素吸着法によって求めたBET比表面積が30m/g〜1000m/gであることを特徴とする請求項8から10のいずれかひとつに記載の分極性電極材料。Wherein the vapor grown carbon fiber has a pore volume of 0.01ml / g~0.4ml / g, a BET specific surface area as determined by nitrogen adsorption method is 30m 2 / g~1000m 2 / g The polarizable electrode material according to any one of claims 8 to 10, wherein 請求項7〜11のいずれかひとつに記載の分極性電極材料を含む分極性電極シートと集電体との積層体。A laminate of a polarizable electrode sheet containing the polarizable electrode material according to any one of claims 7 to 11 and a current collector. 集電体がアルミニウム、炭素被覆アルミニウム、ステンレス、チタンから選ばれることを特徴とする請求項12に記載の積層体。The laminate according to claim 12, wherein the current collector is selected from aluminum, carbon-coated aluminum, stainless steel, and titanium. 請求項7〜11のいずれかひとつに記載の分極性電極材料を含む電極形成用組成物。An electrode forming composition comprising the polarizable electrode material according to claim 7. 請求項14の組成物を形成した導電体。A conductor formed from the composition according to claim 14. 請求項7〜11のいずれかひとつに記載の分極性電極材料を含む電気二重層キャパシタ。An electric double layer capacitor comprising the polarizable electrode material according to claim 7. 石炭系ピッチを、400℃〜600℃及び600℃〜900℃の2段階の温度範囲で熱処理する工程、次いで熱処理された石炭系ピッチをアルカリ金属化合物と混合加熱して賦活する工程を含むことを特徴とする活性炭の製造方法。A step of heat-treating the coal-based pitch in a two-stage temperature range of 400 ° C. to 600 ° C. and 600 ° C. to 900 ° C .; Characteristic activated carbon production method. 石炭系ピッチを、アルカリ金属の蒸気中にて400℃〜600℃及び600℃〜900℃の2段階の温度範囲で熱処理する工程、次いで熱処理された石炭系ピッチをアルカリ金属化合物と混合加熱して賦活する工程を含むことを特徴とする活性炭の製造方法。A step of heat-treating the coal-based pitch in a two-stage temperature range of 400 ° C. to 600 ° C. and 600 ° C. to 900 ° C. in the vapor of the alkali metal; A method for producing activated carbon, comprising a step of activating. アルカリ金属化合物が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化セシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ水酸化物であることを特徴とする請求項17または18記載の活性炭の製造方法。The method for producing activated carbon according to claim 17, wherein the alkali metal compound is at least one alkali hydroxide selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide, and cesium hydroxide. アルカリ金属が、カリウム、ナトリウム及びセシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項19記載の活性炭の製造方法。The method for producing activated carbon according to claim 19, wherein the alkali metal is at least one selected from the group consisting of potassium, sodium, and cesium. 請求項17〜20のいずれかひとつの製造方法で得られる、窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1000m/gであり、黒鉛微結晶を含有しない活性炭。Obtained in any one of the manufacturing method according to claim 17 to 20, BET specific surface area as determined by nitrogen adsorption method is 10m 2 / g~1000m 2 / g, the activated carbon containing no graphite crystallites. 請求項17〜20のいずれかひとつの製造方法で得られる、窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1500m/gであり、黒鉛微結晶を含有しない活性炭。Obtained in any one of the manufacturing method according to claim 17 to 20, BET specific surface area as determined by nitrogen adsorption method is 10m 2 / g~1500m 2 / g, the activated carbon containing no graphite crystallites. 請求項17〜20のいずれかひとつの製造方法で得られる、ラマンスペクトルのGピーク(1580cm−1)のピーク高さに対するDピーク(1360cm−1)のピーク高さの比が0.8〜1.2であり、窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1000m/gである黒鉛微結晶を含有しない活性炭。The ratio of the peak height of the D peak (1360 cm -1 ) to the peak height of the G peak (1580 cm -1 ) of the Raman spectrum obtained by the manufacturing method according to any one of claims 17 to 20 is 0.8 to 1. .2 a and, activated carbon BET specific surface area determined by a nitrogen adsorption method does not contain graphite crystallites is 10m 2 / g~1000m 2 / g. 請求項17〜20のいずれかひとつの製造方法で得られる、ラマンスペクトルのGピーク(1580cm−1)のピーク高さに対するDピーク(1360cm−1)のピーク高さの比が0.8〜1.2であり、窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1500m/gである黒鉛微結晶を含有しない活性炭。The ratio of the peak height of the D peak (1360 cm -1 ) to the peak height of the G peak (1580 cm -1 ) of the Raman spectrum obtained by the manufacturing method according to any one of claims 17 to 20 is 0.8 to 1. .2 a and, activated carbon BET specific surface area determined by a nitrogen adsorption method does not contain graphite crystallites is 10m 2 / g~1500m 2 / g. 請求項17〜20のいずれかひとつの製造方法で得られる、窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1500m/gであり、(電極膨張率)/(BET比表面積)の値が0.12以下である活性炭。Obtained in any one of the manufacturing method according to claim 17 to 20, BET specific surface area as determined by nitrogen adsorption method is 10m 2 / g~1500m 2 / g, the (electrode expansion rate) / (BET specific surface area) Activated carbon having a value of 0.12 or less. 請求項17〜20のいずれかひとつの製造方法で得られる、窒素吸着法によって求めたBET比表面積が10m/g〜1500m/gであり、電極膨張率が50%以下、分極性電極の密度が0.70g/ml以上となる活性炭。Obtained in any one of the manufacturing method according to claim 17 to 20, BET specific surface area as determined by nitrogen adsorption method is 10m 2 / g~1500m 2 / g, the electrode expansion ratio of 50% or less, of the polarizable electrodes Activated carbon with a density of 0.70 g / ml or more.
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