JP2005294607A - Electric double-layer capacitor using activated carbon fiber and its manufacturing method - Google Patents

Electric double-layer capacitor using activated carbon fiber and its manufacturing method Download PDF

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有洋 阿部
Toshiya Tanioka
俊哉 谷岡
Masaru Kimura
勝 木村
Yuji Miyashita
雄次 宮下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric double-layer capacitor of high capacity that can suppress electrode expansion during usage and has decay resistance against repetitive charging and discharging and its manufacturing method. <P>SOLUTION: An electric double-layer capacitor using an activated carbon fiber as an electrode material employs an electrode material manufactured by forming fibers of mixture mainly composed of at least one kind of fiber formation high polymer for making an anti-graphitized carbon by heating the activated carbon fiber, and at least one kind of fiber formation high polymer for making a pro-graphitized carbon by heating same carbon fiber melted in the common solvent like water or organic solvent, extending and hardening the formed fibers and then carbon-activating the resulting composite fibers. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は従来にない特別なる活性炭素繊維を用いた高い静電容量を持つ電気二重層キャパシタ及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an electric double layer capacitor having a high capacitance using a special activated carbon fiber, which has not been heretofore known, and a method for producing the same.

近年、環境負荷への対応、地球資源に対する省資源化などの理由から電気エネルギーの利用が急速に進んでいる。例えば自動車においては従来の内燃機関に加えハイブリッド車や電気自動車が実用化されたことは周知の事実である。更に次世代の自動車では蓄電した電気を利用するだけでなく燃料電池を用いて自ら発電する機能を持つであろうことは明らかである。一般住宅において太陽光発電が利用されるようになった事なども電化社会の身近な例である。   In recent years, the use of electrical energy has been rapidly progressing for reasons such as responding to environmental loads and saving resources for global resources. For example, it is a well-known fact that hybrid vehicles and electric vehicles have been put to practical use in automobiles in addition to conventional internal combustion engines. Furthermore, it is clear that the next-generation automobile will have the function of generating electricity by itself using a fuel cell as well as using the stored electricity. The fact that photovoltaic power generation has come to be used in ordinary houses is a familiar example of the electrified society.

ところで、電気の利用が活発になるにつれ重要となるのが、電気エネルギーの貯蔵・取り出し方法である。この目的には電気の充放電を繰り返し行う2次電池があるが、充放電に化学反応による電荷の移動を応用するため、急激な充放電ができないことや、環境温度により効率が変わること、充放電を繰り返すことで徐々に容量が落ちてくることが問題とされている。前出の電気自動車やハイブリット車には動力・回生電流の充電用として2次電池が搭載されているが、充電に時間がかかることや重量増の問題、さらには短い走行距離などがこの種の自動車そのものの普及を妨げることになっている。   By the way, a method for storing and taking out electric energy is important as the use of electricity becomes active. There are secondary batteries that repeatedly charge and discharge electricity for this purpose. However, since charge transfer due to chemical reaction is applied to charging and discharging, rapid charging and discharging cannot be performed, efficiency changes depending on environmental temperature, charging and discharging. The problem is that the capacity gradually decreases as the discharge is repeated. The above-mentioned electric vehicles and hybrid vehicles are equipped with a secondary battery for charging power and regenerative current, but this type of problem is due to the time required for charging, an increase in weight, and a short mileage. It is supposed to hinder the spread of the car itself.

この2次電池に代わり最近注目されているのが電気二重層キャパシタであるが、これは電気二重層の現象を利用した蓄電体であり、電気二重層コンデンサーとも呼ばれる。この電気二重層の現象とは、異なる二層が接触すると、その界面に正電荷と負電荷がある距離をおいて配列する現象である。電気二重層キャパシタでは固体電極と電解液の界面に生じる電気二重層に電圧を加えて電荷を蓄積させる大容量のコンデンサーと言うべきものである。電気二重層キャパシタは充放電に従来の電池の様に化学反応を利用するものではない。従って充放電の繰り返し特性や急速充電性に優れ、かつ大電流の放電が可能である。しかも維持管理が容易で環境にも悪影響を及ぼさないことから注目されている。   An electric double layer capacitor that has recently been attracting attention in place of the secondary battery is a power storage unit utilizing the phenomenon of the electric double layer, and is also called an electric double layer capacitor. The phenomenon of the electric double layer is a phenomenon in which when two different layers come into contact with each other, the interface is arranged at a distance with a positive charge and a negative charge. The electric double layer capacitor is a large-capacity capacitor that accumulates electric charge by applying voltage to the electric double layer generated at the interface between the solid electrode and the electrolyte. The electric double layer capacitor does not use a chemical reaction for charging / discharging like a conventional battery. Therefore, it is excellent in charge / discharge repeatability and rapid chargeability, and discharge of a large current is possible. Moreover, it is attracting attention because it is easy to maintain and does not adversely affect the environment.

現在、この電気二重層キャパシタでは、特に容量アップに強い期待を受けており、これが可能になれば、著しい早さで各分野での普及が進むものと考えられる。   At present, this electric double layer capacitor is particularly expected to increase its capacity, and if this becomes possible, it is considered that the spread in various fields will proceed at a remarkable speed.

この電気二重層キャパシタに用いられる固体電極材としては当初、活性炭が用いられてきた。この目的で用いる活性炭には溶媒や電解質イオンが電気化学的に作用するための広い表面積を提供する媒体であると言えるため、その比表面積は当然のことながら細孔径や細孔構造により電気二重層キャパシタの性能が大きく左右される。一般的に電気二重層キャパシタの単位重量当たりの容量は活性炭の比表面積に比例するとされている。従って、容量を上げるためには比表面積の高い活性炭を使用する数多くの試みが為されてきた。活性炭は一般的におが屑、ヤシ殻等の植物由来の炭素源、あるいはフェノール樹脂、フルフリルアルコール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、塩化ビニル樹脂等の合成高分子系炭素源、あるいはコークス、ピッチ等の石油・石炭由来の炭素源を炭化、賦活して製造される。賦活方法には水蒸気や二酸化炭素等の酸化性ガス中で加熱するガス賦活が知られており、この賦活では酸化性ガスと炭素との反応による脱炭素反応によって細孔が形成される。また、炭素体をその質量の等倍から数倍の水酸化カリウムのごときアルカリ金属化合物と混合して不活性ガス雰囲気下で加熱して細孔を形成させるアルカリ賦活法も用いられる。   Initially, activated carbon has been used as a solid electrode material used in the electric double layer capacitor. The activated carbon used for this purpose can be said to be a medium that provides a large surface area for the solvent and electrolyte ions to act electrochemically, so the specific surface area naturally depends on the pore diameter and the pore structure. Capacitor performance is greatly affected. In general, the capacity per unit weight of an electric double layer capacitor is proportional to the specific surface area of activated carbon. Therefore, many attempts have been made to use activated carbon with a high specific surface area in order to increase the capacity. Activated carbon is generally a carbon source derived from plants such as sawdust and coconut husk, or a synthetic high-molecular carbon source such as phenol resin, furfuryl alcohol resin, polyvinyl alcohol resin, vinyl chloride resin, or petroleum such as coke and pitch. It is manufactured by carbonizing and activating a carbon source derived from coal. As an activation method, gas activation in which heating is performed in an oxidizing gas such as water vapor or carbon dioxide is known. In this activation, pores are formed by a decarbonization reaction by a reaction between the oxidizing gas and carbon. Further, an alkali activation method is also used in which a carbon body is mixed with an alkali metal compound such as potassium hydroxide having the same mass to several times its mass and heated in an inert gas atmosphere to form pores.

これまでの例からは、上述のような賦活法を用いて2500m/g以上の高比表面積を持つ活性炭の製造も可能である。このような高比表面積を持つ活性炭を電気二重層キャパシタに用いる場合、高容量化が期待できるが、実際には比表面積を過度に増しても高容量化にはつながり難いことが知られている。 From the examples so far, it is possible to produce activated carbon having a high specific surface area of 2500 m 2 / g or more using the activation method as described above. When activated carbon having such a high specific surface area is used for an electric double layer capacitor, a high capacity can be expected, but it is known that in reality it is difficult to increase the capacity even if the specific surface area is excessively increased. .

このことは、活性炭は高比表面積を持つものの、その全てが電気二重層の形成には用いられないことを示している。また過度に賦活を進めることは活性炭の密度の低下を招くため高比表面積の活性炭を用いた電気二重層キャパシタは単位重量当りの容量は増加するものの、単位容積当りの容量はある比表面積での値を頂点としてあとは比表面積の増加に伴い減少してゆくことに帰着する。このことが高比表面積の活性炭を用いるだけでは高容量の電気二重層キャパシタに成し得ないことの理由である。   This indicates that although activated carbon has a high specific surface area, not all of it is used to form an electric double layer. In addition, excessive activation leads to a decrease in the density of the activated carbon, so although the electric double layer capacitor using activated carbon with a high specific surface area increases the capacity per unit weight, the capacity per unit volume is at a certain specific surface area. The result is that the value is the top and then decreases as the specific surface area increases. This is the reason why a high-capacity electric double layer capacitor cannot be formed only by using activated carbon having a high specific surface area.

一方、メソフェーズピッチをアルカリ賦活した活性炭のように比較的結晶性の発達した炭素材料、いわゆる易黒鉛化炭素からなる活性炭ではそれほど大きな比表面積を有さないにも関わらず高容量を示し、しかも嵩密度が高いため単位容積当りの容量が高い電気二重層キャパシタが製造可能であることが開示された(例えば、特許文献1、特許文献2、参照。)。   On the other hand, carbon materials with relatively high crystallinity, such as activated carbon activated with mesophase pitch alkali, that is, activated carbon made of so-called graphitizable carbon, shows a high capacity and a large volume even though it does not have a large specific surface area. It has been disclosed that an electric double layer capacitor having a high capacity per unit volume can be manufactured because of its high density (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

易黒鉛化炭素からの活性炭では、電解質イオンが細孔内だけに吸着されるのではなく、炭素層間を押し広げつつ浸入し層間に吸着される、いわゆるインターカレーションにより細孔の比表面積だけでは説明できない高容量化が可能となるのである。このことから容易に推測されるように易黒鉛化炭素からの活性炭を用いた電気二重層キャパシタは充放電時に活性炭電極の膨張・収縮が繰り返し行われることから徐々にキャパシタセルの破損が進み、電気二重層キャパシタ本来の特徴である耐久性が損なわれるばかりか、膨張時の電極容積から補正計算した単位容積当りの容量はそれほど優れたものではないということである。このためキャパシタセルを強固な容器に入れ、充電時の膨張を抑制する方法もあるが、当然のようにキャパシタそのものの重量を増し、はなはだしい欠点となるのである。   In activated carbon from graphitizable carbon, electrolyte ions are not adsorbed only within the pores, but are penetrated while adsorbing between the carbon layers and adsorbed between the layers. It is possible to increase the capacity that cannot be explained. As can be easily inferred from this, an electric double layer capacitor using activated carbon from graphitized carbon repeatedly expands and contracts the activated carbon electrode during charge and discharge, and the capacitor cell is gradually damaged. Not only is the durability inherent in the double layer capacitor impaired, but also the capacity per unit volume calculated by correcting the electrode volume during expansion is not so excellent. For this reason, there is a method in which the capacitor cell is put in a strong container to suppress expansion during charging, but it naturally increases the weight of the capacitor itself, which is a serious drawback.

一方、フェノール樹脂のように結晶性の低い炭素材料いわゆる難黒鉛化炭素からの活性炭は水蒸気賦活で容易に高比表面積にすることが可能である。このような難黒鉛化炭素からの活性炭から作成した電気二重層キャパシタは単位容積当りの容量は小さいものの、充放電時の電極の膨張収縮が軽度であるため長期連続使用時の耐久性が高いという点で有利である。   On the other hand, activated carbon from carbon material with low crystallinity such as phenol resin, so-called non-graphitized carbon, can be easily activated to have a high specific surface area by steam activation. Although the electric double layer capacitor made from activated carbon from such non-graphitizable carbon has a small capacity per unit volume, the electrode has a small expansion and contraction during charging and discharging, so it has high durability during long-term continuous use. This is advantageous.

従って、この易黒鉛化炭素源と難黒鉛化炭素源を複合させてお互いの長所を併せ持つ活性炭ができれば高容量であり且つ高耐久性である電気二重層キャパシタが製造できると考えられる。実際に特許文献3にて開示された方法では易黒鉛化炭素源と難黒鉛化炭素源を混合した上で炭化し、更に賦活する方法で活性炭とするため、これを電極材とした場合には充放電時の体積変化が抑制され単位容積当りの容量が高く、長期信頼性に優れた電気二重層キャパシタが製造できるとしている。   Therefore, it is considered that an electric double layer capacitor having a high capacity and high durability can be manufactured if an activated carbon having both advantages is obtained by combining the graphitizable carbon source and the non-graphitizable carbon source. Actually, in the method disclosed in Patent Document 3, carbonization is performed after mixing the graphitizable carbon source and the non-graphitizable carbon source, and activated carbon is obtained by a further activation method. According to the report, it is possible to manufacture an electric double layer capacitor that suppresses volume change during charge and discharge, has a high capacity per unit volume, and has excellent long-term reliability.

しかしながら、この方法では充電時に膨張の激しい易黒鉛化炭素源の周囲に膨張を抑制する難黒鉛化炭素源を包み込む構造を取らせることが重要である。このためには両成分を均一且つ微細な混合状態を得ることが絶対条件となり複雑かつ難度の高い混合工程を増やすこととなる。更にこの方法では不融化後に再度粉砕する工程を要する。当然、これらの工程専用の製造設備が必要となるばかりでなく、その設備費用が嵩むことも事実である。また、粉砕することにより折角構築させた易黒鉛化炭素源の周囲に難黒鉛化炭素源を包み込む構造が崩されることとなる。更にこのような粉砕した活性炭を用いた電気二重層キャパシタ用電極では粉砕炭同士の接触が充分に成されず、このことが内部抵抗の増大を招くため導電補助材を少なからず加えることが必要であり、この点に関しては従来技術と比べ進歩性はない。
特開平2−185008号公報 特開平10−121336号公報 特開2002−83748号公報
However, in this method, it is important to have a structure that encloses a non-graphitizable carbon source that suppresses expansion around a graphitizable carbon source that is highly expanded during charging. For this purpose, obtaining a uniform and fine mixing state of both components is an absolute condition, and the number of complicated and difficult mixing steps is increased. Furthermore, this method requires a step of grinding again after infusibilization. Of course, not only is it necessary to have production equipment dedicated to these processes, but it is also true that the equipment costs increase. In addition, the structure in which the non-graphitizable carbon source is wrapped around the easily graphitizable carbon source that has been constructed by grinding is broken. Furthermore, in such an electrode for an electric double layer capacitor using pulverized activated carbon, contact between the pulverized charcoal is not sufficiently made, and this leads to an increase in internal resistance, so it is necessary to add a little conductive auxiliary material. There is no inventive step in this regard compared to the prior art.
JP-A-2-185008 JP-A-10-121336 JP 2002-83748 A

高容量であって、使用時の電極の膨張を抑制可能ならしめ、このため繰り返しの充放電に対する耐久性に優れ、安価なる電気二重層キャパシタはますます重要かつ不可欠なものとして工業生産が待たれているが、一方で従来の製造方法では高容量・高性能化とコストの両立が難しいうえ、未だ充分なる特性が得られない現状に鑑み、本発明者らは鋭意検討を進めてきた結果、新たなる製造方法見出すに至り完成させることができたものである。すなわち本発明の課題は高容量であって、使用時の電極の膨張を抑制可能ならしめ、このため繰り返しの充放電に対する耐久性に優れた電気二重層キャパシタ及びその製造方法を提供することにある。   Electric double layer capacitors that have high capacity and can suppress the expansion of the electrode during use, and are excellent in durability against repeated charge and discharge, and are inexpensive, are expected to be industrially important and indispensable. However, on the other hand, in the conventional manufacturing method, it is difficult to achieve both high capacity and high performance and cost, and in view of the current situation where sufficient characteristics are not yet obtained, the present inventors have advanced intensive studies, A new manufacturing method was found and completed. That is, an object of the present invention is to provide an electric double layer capacitor having a high capacity and capable of suppressing expansion of an electrode during use, and thus excellent in durability against repeated charge and discharge, and a method for manufacturing the same. .

前述したようにフェノール樹脂のように結晶性の低い炭素材料いわゆる難黒鉛化炭素からの活性炭は水蒸気賦活で容易に高比表面積にすることが可能であって、このような活性炭を分極性電極として作成した電気二重層キャパシタは単位容積当りの容量は小さいものの、充放電時の電極の膨張収縮が軽微であるため長期連続使用時の耐久性が高いという点で有利である。一方、電気的性能に有利である易黒鉛化炭素源と難黒鉛化炭素源を複合させた活性炭については、現状では両成分を均一且つ微細な混合状態を得るために複雑かつ難度の高い混合工程や、不融化後に再度粉砕する工程を要するための製造設備が必要となる製造上の問題があり、更にこの活性炭を用いて電気二重層キャパシタを製作する際には少なからず導電補助材を加えることなど、折角の高性能を活かしきれない点で従来技術と比べ進歩性はない。   As described above, carbon materials with low crystallinity such as phenol resin, so-called non-graphitized carbon activated carbon can be easily activated with water vapor and have a high specific surface area. Such activated carbon can be used as a polarizable electrode. Although the produced electric double layer capacitor has a small capacity per unit volume, it is advantageous in that it has high durability during long-term continuous use since the expansion and contraction of the electrode during charging and discharging is slight. On the other hand, for activated carbon that is a combination of an easily graphitizable carbon source and a non-graphitizable carbon source, which is advantageous for electrical performance, at present, a complicated and highly difficult mixing process to obtain a uniform and fine mixed state of both components In addition, there is a manufacturing problem that requires a manufacturing facility for re-grinding after infusibilization, and when using this activated carbon to produce an electric double layer capacitor, add a little conductive auxiliary material. In other words, there is no inventive step compared to the prior art in that it cannot take full advantage of its high performance.

本発明者らは易黒鉛化炭素源と難黒鉛化炭素源からの複合活性炭を用いることで高容量であり且つ高耐久性の電気二重層キャパシタが製造できると考えてはいたが、従来の製造方法では工程が複雑でコストが高くなる上、キャパシタの電極材とするにあたって粉砕することが折角の性能を活かしきれない問題であると考え、易黒鉛化炭素源と難黒鉛化炭素源を容易、簡便に且つ極めて均質に混合分散させる方法、そして活性炭の性能を最大限に活用すべくその手法を研究した。   The present inventors thought that by using a composite activated carbon from an easily graphitizable carbon source and a non-graphitizable carbon source, a high-capacity and highly durable electric double layer capacitor could be manufactured. In the method, the process is complicated and expensive, and it is considered that the problem of not being able to take advantage of the performance of cornering when making the electrode material of the capacitor, easy to graphitize carbon source and non-graphitizable carbon source, We studied a simple and extremely homogeneous method of mixing and dispersing, and a method to maximize the performance of activated carbon.

その手法は以下の通りである。先ず、活性炭の形状に関しては、繊維形状の活性炭は通常の粉末や粒状、あるいは球状といった活性炭に比べマクロ的に電解液との接触面積が大きいため電解質イオンの吸脱着が早い、あるいは繊維同士の接触点を多く取れることから低電気抵抗となり得る点、あるいは紙、不職布、織布、紐、糸といった形状に容易に加工できる点を鑑み、繊維形状を有する活性炭いわゆる活性炭素繊維が良いと判断した。この活性炭素繊維としては、柔軟性に富み加工が容易である点、炭化、賦活後の収率が高い点からフェノール樹脂を主成分として選択する。フェノール樹脂は結晶性が低く焼成の際には難黒鉛化炭素源となる。これに紡糸時の曳糸性を高め、繊維製造を容易ならしめるために同じく難黒鉛化炭素源であるポリビニルアルコール、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース及びこれらの共重合物を併用使用する。   The method is as follows. First, regarding the shape of activated carbon, fiber-shaped activated carbon has a large contact area with the electrolyte compared to normal powder, granular, or spherical activated carbon, so that adsorption / desorption of electrolyte ions is fast, or contact between fibers. Judging from the fact that many points can be taken and low electrical resistance, or that it can be easily processed into paper, unemployed cloth, woven cloth, string, thread, etc., it is judged that activated carbon so-called activated carbon fiber having a fiber shape is good. did. As the activated carbon fiber, a phenol resin is selected as a main component because it is flexible and easy to process, and has a high yield after carbonization and activation. The phenol resin has low crystallinity and becomes a non-graphitizable carbon source upon firing. For this purpose, polyvinyl alcohol, cellulose diacetate, cellulose triacetate, and copolymers thereof, which are also non-graphitizable carbon sources, are used in combination in order to improve the spinnability during spinning and facilitate fiber production.

次に易黒鉛化炭素源と難黒鉛化炭素源を混合すると同時に繊維化する方法については以下の方法が好適である。すなわちフェノール樹脂をはじめ他の高分子化合物をブレンドし、更にその混合状態を均一且つ微細にするためには共通の溶剤に溶解させた溶液状態にすることが適切であって、更にこの溶液状態で紡糸することで均一混合状態のまま繊維化できる。この溶液状態から繊維化する手段としては湿式紡糸法、乾湿式紡糸法あるいは乾式紡糸法を選択する。   Next, the following method is suitable for the method of mixing the graphitizable carbon source and the non-graphitizable carbon source simultaneously with the fiber formation. In other words, in order to blend a phenolic resin and other high molecular compounds, and further to make the mixed state uniform and fine, it is appropriate to make it a solution state dissolved in a common solvent. By spinning, it can be fiberized in a uniform mixed state. A wet spinning method, a dry wet spinning method or a dry spinning method is selected as a means for fiberizing from this solution state.

以上の目的のために本発明者らは、難黒鉛化炭素源として酸性触媒の存在下にフェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂、あるいは塩基性触媒の存在下にフェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られるレゾール型フェノール樹脂あるいはホウ素変性、ケイ素変性、リン変性、重金属変性、窒素変性、イオウ変性、油変性、ロジン変性等、公知の技法による各種変性フェノール樹脂またはこれらの混合物、あるいはこれらフェノール樹脂に加え、加熱により難黒鉛化炭素を生ずる少なくとも1種類以上の繊維形成性高分子化合物との混合物とし、易黒鉛化炭素源としては加熱により易黒鉛化炭素を生ずる少なくとも1種類以上の繊維形成性高分子化合物とし、これらを水あるいは有機溶剤等の共通の溶剤に溶解した混合物を紡糸原液として、これを繊維形成性高分子化合物に対して固化能を有する浴中に細孔を通して湿式あるいは乾湿式で紡糸するか、あるいは空気、不活性ガス中に乾式で紡糸した後、延伸を行い、更に熱処理或いは触媒存在下アルデヒド類による硬化処理を施すことで得られる複合繊維を炭化後に賦活する、もしくは炭化賦活を連続的に行うことで活性炭素繊維を作ることを見出した。   For the above purpose, the present inventors have developed a novolak type phenol resin obtained by reacting phenols and aldehydes in the presence of an acidic catalyst as a non-graphitizable carbon source, or phenol in the presence of a basic catalyst. Resol type phenol resins obtained by reacting aldehydes with aldehydes or various modified phenol resins by known techniques such as boron modification, silicon modification, phosphorus modification, heavy metal modification, nitrogen modification, sulfur modification, oil modification, rosin modification, etc. In addition to these mixtures, or in addition to these phenolic resins, a mixture with at least one fiber-forming polymer compound that generates non-graphitizable carbon by heating, and as a graphitizable carbon source, graphitizable carbon is generated by heating. At least one type of fiber-forming polymer compound, and these are common water or organic solvents The mixture dissolved in the agent is used as a spinning stock solution, which is spun by wet or dry wet through pores in a bath having a solidifying ability for the fiber-forming polymer compound, or dry in air or an inert gas. After spinning, stretching, and further activating the composite fiber obtained by heat treatment or curing with aldehydes in the presence of a catalyst after carbonization, or making activated carbon fiber by continuously performing carbonization activation. I found it.

一般的にフェノール樹脂繊維は熱可塑性のノボラック樹脂を溶融紡糸し、その後、酸性触媒下、アルデヒド類と反応させることにより三次元架橋を行い、熱不融化する方法で作られている。しかしながら、この方法を応用し、原料となるノボラック樹脂に他の高分子化合物をブレンドして溶融紡糸するには、曳糸性の異なる2つの成分を上手く適合させることが難しい。更に単成分に比べて複雑な挙動を示すため安定的に糸を効率良く、しかも繊維径を高精度に制御することが難しくなることに加えて、紡糸時の可塑変形時に添加した他の高分子化合物そのものも軸方向に引延ばされるため、希望するような均一分散構造となり難いことが挙げられる。   Generally, a phenol resin fiber is produced by melt spinning a thermoplastic novolac resin, and then performing a three-dimensional crosslinking by reacting with an aldehyde under an acidic catalyst to make it heat infusible. However, applying this method and blending other high molecular compounds with the novolak resin used as a raw material for melt spinning, it is difficult to match two components having different spinnability well. In addition to its complex behavior compared to single components, it is difficult to control the yarn diameter stably and efficiently and with high accuracy, and in addition to other polymers added during plastic deformation during spinning. Since the compound itself is also stretched in the axial direction, it is difficult to obtain a desired uniform dispersion structure.

本発明で紡糸方法を湿式紡糸法、乾湿式紡糸法あるいは乾式紡糸法と限定したのはフェノール樹脂をはじめ他の繊維形成性高分子化合物を共通の溶剤に溶解させた溶液状態で均一且つ微細にブレンド出来、更にこの溶液状態から直接紡糸することで均一混合状態のまま繊維化できるからである。   In the present invention, the spinning method is limited to the wet spinning method, the dry wet spinning method, or the dry spinning method. The spinning method is uniform and fine in a solution state in which other fiber-forming polymer compounds such as phenol resin are dissolved in a common solvent. This is because they can be blended and further fiberized in a uniform mixed state by spinning directly from this solution state.

本発明では、易黒鉛化炭素源と難黒鉛化炭素源を容易、簡便に且つ極めて均質に混合分散でき、その状態で活性炭素繊維化が可能である。本発明の活性炭素繊維はマクロ的に電解液との接触面積が大きいため電解質イオンの吸脱着が早い、あるいは繊維同士の接触点を多く取れることから低電気抵抗となり得る点、あるいは紙、不織布、織布、紐、糸といった形状に容易に変更できる点等から繊維形状を有する活性炭いわゆる活性炭素繊維が良いと判断した。この活性炭素繊維としては、柔軟性に富み加工が容易である。   In the present invention, the graphitizable carbon source and the non-graphitizable carbon source can be easily and easily mixed and dispersed very uniformly, and activated carbon fiber can be formed in that state. The activated carbon fiber of the present invention has a macroscopic large contact area with the electrolytic solution, so that the adsorption and desorption of electrolyte ions is fast, or the point of being able to have a low electrical resistance because many contact points between fibers can be taken, or paper, non-woven fabric, From the point that it can be easily changed to a shape such as a woven fabric, a string, and a thread, it was judged that activated carbon fiber having a fiber shape, so-called activated carbon fiber, is good. This activated carbon fiber is flexible and easy to process.

本発明の活性炭素繊維化を電気二重層キャパシタに用いることで、高静電容量であって、使用時の電極の膨張を抑制可能ならしめ、このため繰り返しの充放電に対する耐久性に優れた電気二重層キャパシタを得ることができ高容量・高性能化とコストの両立が可能である。   The use of the activated carbon fiber of the present invention for an electric double layer capacitor makes it possible to suppress the expansion of the electrode at the time of use with a high capacitance, and therefore, an electric having excellent durability against repeated charge and discharge. A double layer capacitor can be obtained, and both high capacity, high performance and cost can be achieved.

以下に本発明を詳細に説明する。本発明で用いるフェノール樹脂を得るために使用されるフェノール類としては、アルデヒド類と酸性あるいは塩基性触媒下で反応させてフェノール樹脂が得られるフェノール類であれば以下に例示したフェノール類に限定されるものではないが、例えばフェノール、m−クレゾール、m−エチルフェノール、m−プロピルフェノール、m−ブチルフェノール、p−ブチルフェノール、o−ブチルフェノール、レゾルシノール、ハイドロキノン、カテコール、3−メトキシフェノール、4−メトキシフェノール、3−メチルカテコール、4−メチルカテコール、メチルハイドロキノン、2−メチルレゾルシノール、2,3−ジメチルハイドロキノン、2,5−ジメチルレゾルシノール、2−エトキシフェノール、4−エトキシフェノール、4−エチルレゾルシノール、3−エトキシ−4−メトキシフェノール、2−プロペニルフェノール、2−イソプロピルフェノール、3−イソプロピルフェノール、4−イソプロピルフェノール、3,4,5−トリメチルフェノール、2−イソプロポキシフェノール、4−ピロポキシフェノール、2−アリルフェノール、3,4,5−トリメトキシフェノール、4−イソプロピル−3−メチルフェノール、ピロガロール、フロログリシノール、1,2,4−ベンゼントリオール、5−イソプロピル−3−メチルフェノール、4−ブトキシフェノール、4−t−ブチルカテコール、t−ブチルハイドロキノン、4−t−ペンチルフェノール、2−t−ブチル−5−メチルフェノール、2−フェニルフェノール、3−フェニルフェノール、4−フェニルフェノール、3−フェノキシフェノール、4−フェノキシフェノール、4−へキシルオキシフェノール、4−ヘキサノイルレゾルシノール、3,5−ジイソプロピルカテコール、4−ヘキシルレゾルシノール、4−ヘプチルオキシフェノール、3,5−ジ−t−ブチルフェノール、3,5−ジ−t−ブチルカテコール、2,5−ジ−t−ブチルハイドロキノン、ジ−sec−ブチルフェノール、4−クミルフェノール、ノニルフェノール、2−シクロペンチルフェノール、4−シクロペンチルフェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールFなどが使用可能であり、また使用にあたっても該フェノール類単体でも混合物でも良い。このうちフェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、ビスフェノールA、2,3−キシレノール、3,5−キシレノール、m−ブチルフェノール、p−ブチルフェノール、o−ブチルフェノール、4−フェニルフェノール、レゾルシノールが好ましく、更にフェノールは最も好ましい。   The present invention is described in detail below. The phenols used to obtain the phenol resin used in the present invention are limited to the phenols exemplified below as long as the phenols can be obtained by reacting aldehydes with an acidic or basic catalyst. For example, phenol, m-cresol, m-ethylphenol, m-propylphenol, m-butylphenol, p-butylphenol, o-butylphenol, resorcinol, hydroquinone, catechol, 3-methoxyphenol, 4-methoxyphenol 3-methylcatechol, 4-methylcatechol, methylhydroquinone, 2-methylresorcinol, 2,3-dimethylhydroquinone, 2,5-dimethylresorcinol, 2-ethoxyphenol, 4-ethoxyphenol, 4- Tilresorcinol, 3-ethoxy-4-methoxyphenol, 2-propenylphenol, 2-isopropylphenol, 3-isopropylphenol, 4-isopropylphenol, 3,4,5-trimethylphenol, 2-isopropoxyphenol, 4-pyro Poxyphenol, 2-allylphenol, 3,4,5-trimethoxyphenol, 4-isopropyl-3-methylphenol, pyrogallol, phloroglicinol, 1,2,4-benzenetriol, 5-isopropyl-3-methylphenol 4-butoxyphenol, 4-t-butylcatechol, t-butylhydroquinone, 4-t-pentylphenol, 2-t-butyl-5-methylphenol, 2-phenylphenol, 3-phenylphenol, 4-phenyl Enol, 3-phenoxyphenol, 4-phenoxyphenol, 4-hexyloxyphenol, 4-hexanoylresorcinol, 3,5-diisopropylcatechol, 4-hexylresorcinol, 4-heptyloxyphenol, 3,5-di-t -Butylphenol, 3,5-di-t-butylcatechol, 2,5-di-t-butylhydroquinone, di-sec-butylphenol, 4-cumylphenol, nonylphenol, 2-cyclopentylphenol, 4-cyclopentylphenol, bisphenol A, bisphenol F, etc. can be used, and the phenols may be used alone or in a mixture. Among these, phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, bisphenol A, 2,3-xylenol, 3,5-xylenol, m-butylphenol, p-butylphenol, o-butylphenol, 4-phenylphenol, resorcinol More preferred is phenol.

次に本発明で用いるフェノール樹脂を得るために使用されるアルデヒド類としては以下に例示したアルデヒド類に限定されるものではないが、例えばホルムアルデヒド、トリオキサン、フルフラール、パラホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、メチルヘミホルマール、エチルへミホルマール、プロピルへミホルマール、ブチルヘミホルマール、フェニルへミホルマール、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、α−フェニルプロピルアルデヒド、β−フェニルプロピルアルデヒド、o−ヒドロキシベンズアルデヒド、m−ヒドロキシベンズアルデヒド、p−ヒドロキシベンズアルデヒド、o−クロロベンズアルデヒド、o−ニトロベンズアルデヒド、m−ニトロベンズアルデヒド、p−ニトロベンズアルデヒド、o―メチルベンズアルデヒド、m−メチルベンズアルデヒド、p−メチルベンズアルデヒド、p−エチルベンズアルデヒド、p−n−ブチルベンズアルデヒド或いはこれらの混合物等が挙げられる。このうち、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、フルフラール、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒドが好ましく、特にホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒドが最も好ましい。   Next, the aldehydes used for obtaining the phenol resin used in the present invention are not limited to the aldehydes exemplified below. For example, formaldehyde, trioxane, furfural, paraformaldehyde, benzaldehyde, methyl hemiformal, Ethyl hemiformal, propyl hemiformal, butyl hemiformal, phenyl hemiformal, acetaldehyde, propylaldehyde, phenylacetaldehyde, α-phenylpropylaldehyde, β-phenylpropylaldehyde, o-hydroxybenzaldehyde, m-hydroxybenzaldehyde, p-hydroxybenzaldehyde , O-chlorobenzaldehyde, o-nitrobenzaldehyde, m-nitrobenzaldehyde, p-nitrobenzaldehyde O-methylbenzaldehyde, m-methylbenzaldehyde, p-methylbenzaldehyde, p-ethylbenzaldehyde, pn-butylbenzaldehyde, or a mixture thereof. Of these, formaldehyde, paraformaldehyde, furfural, benzaldehyde, and salicylaldehyde are preferable, and formaldehyde and paraformaldehyde are particularly preferable.

更に本発明で用いるフェノール樹脂を得るために使用される酸性触媒としては以下の例示に限定されるものではないが、例えば塩酸、硫酸、リン酸、蟻酸、酢酸、蓚酸、酪酸、乳酸、ベンゼンスルフォン酸、p−トルエンスルフォン酸、硼酸または塩化亜鉛や酢酸亜鉛のような金属との塩あるいはこれらの混合物が挙げられる。   Further, the acidic catalyst used for obtaining the phenol resin used in the present invention is not limited to the following examples, but examples include hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, formic acid, acetic acid, oxalic acid, butyric acid, lactic acid, and benzenesulfone. Examples thereof include salts with acids, p-toluenesulfonic acid, boric acid, metals such as zinc chloride and zinc acetate, and mixtures thereof.

また、本発明で用いるフェノール樹脂を得るために使用される塩基性触媒としては以下の例示に限定されるものではないが、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化リチウムのようなアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物や水酸化アンモニウム、ジエチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンテトラミンのようなアミン類或いはこれらの混合物等が挙げられる。   Further, the basic catalyst used for obtaining the phenol resin used in the present invention is not limited to the following examples. For example, sodium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, lithium hydroxide, etc. And alkali metal or alkaline earth metal hydroxides, ammonium hydroxide, diethylamine, triethylamine, triethanolamine, ethylenediamine, hexamethylenetetramine, and mixtures thereof.

次に本発明で言う繊維形性高分子化合物と溶解能を持つ溶媒について説明する。本発明で用いる繊維形性高分子化合物として、難黒鉛化炭素源としてはポリビニルアルコール、二酢酸セルロース、三酢酸セルロースが挙げられる。一方、易黒鉛化炭素源としてはポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル及びこれらの共重合物が挙げられる。その溶媒としては例えばポリビニルアルコールでは水あるいは水とアルコール類との混合物等に溶解することができる。二酢酸セルロースを使用する場合はアセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等を用いることが可能である。また、三酢酸セルロースの場合にはメチレンクロライド、メチレンクロライドとメタノール混合液等に溶解することが可能である。ポリアクリロニトリルを用いる場合はジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジオキサン、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン等に溶解することが可能である。ポリビニルブチラールを用いる場合はメタノール、あるいはメタノールとトルエン、あるいはエタノールとトルエン、更にこれらにエチルセロソルブやブチルセロソルブを混合した液等に溶解することが可能である。ポリ塩化ビニルを用いる場合はジメチルスルホキシドやジメチルアセトアミドやジメチルホルムアミド、テトラヒドロフランに溶解することが可能である。   Next, the fiber-type polymer compound and the solvent having the dissolving ability referred to in the present invention will be described. Examples of the fiber-shaped polymer compound used in the present invention include polyvinyl alcohol, cellulose diacetate, and cellulose triacetate as the non-graphitizable carbon source. On the other hand, examples of the graphitizable carbon source include polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, and copolymers thereof. As the solvent, for example, polyvinyl alcohol can be dissolved in water or a mixture of water and alcohol. When cellulose diacetate is used, acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, tetrahydrofuran, dioxane and the like can be used. In the case of cellulose triacetate, it can be dissolved in methylene chloride, a mixed solution of methylene chloride and methanol, or the like. When polyacrylonitrile is used, it can be dissolved in dimethylformamide, dimethylacetamide, dioxane, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone and the like. When polyvinyl butyral is used, it can be dissolved in methanol, methanol and toluene, ethanol and toluene, or a solution obtained by mixing ethyl cellosolve or butyl cellosolve. When polyvinyl chloride is used, it can be dissolved in dimethyl sulfoxide, dimethylacetamide, dimethylformamide, or tetrahydrofuran.

更には例えばポリ塩化ビニルあるいは酢酸ビニルのような有機溶剤に可溶であって水に不溶の高分子化合物を、ポリビニルアルコールのような水に可溶な高分子化合物と混合分散する方法としては、有機溶剤に可溶の高分子化合物を予め水に分散させた水系エマルジョンとしてから用いることが好適である。   Furthermore, as a method of mixing and dispersing a polymer compound that is soluble in an organic solvent such as polyvinyl chloride or vinyl acetate and insoluble in water with a polymer compound that is soluble in water such as polyvinyl alcohol, It is preferable to use it as a water-based emulsion in which a polymer compound soluble in an organic solvent is previously dispersed in water.

続いて、これら本発明に供せられるフェノール樹脂とその他の難黒鉛化あるいは易黒鉛化炭素源となる繊維形成性高分子化合物から紡糸原液を調整する方法について説明する。この場合、フェノール樹脂と繊維形成性高分子化合物の両者に溶解能を持つ溶媒に溶解した混合物を紡糸原液とする。   Next, a method for preparing a spinning dope from the phenol resin used in the present invention and other fiber-forming polymer compounds that become non-graphitizable or graphitizable carbon sources will be described. In this case, a mixture of a phenol resin and a fiber-forming polymer compound dissolved in a solvent capable of dissolving is used as a spinning dope.

紡糸に供するこの混合液の固形分は2〜50重量%、望ましくは5〜40重量%、最も望ましくは10〜20重量%程度に調整するのが良いが、これとは別に紡糸時の固化浴温度において1〜50Pa・S程度、望ましくは5〜10Pa・S程度の粘度になるよう決定しても良い。   The solid content of the mixed solution used for spinning may be adjusted to 2 to 50% by weight, desirably 5 to 40% by weight, and most desirably 10 to 20% by weight. The temperature may be determined so as to have a viscosity of about 1 to 50 Pa · S, preferably about 5 to 10 Pa · S.

また、この混合液を紡糸して生成する複合繊維中の難黒鉛化炭素源と易黒鉛化炭素源の割合は使用目的や最終的に得られる活性炭素繊維の比表面積等に応じて決定されるが、難黒鉛化炭素源と易黒鉛化炭素源の重量比が難黒鉛化炭素源:易黒鉛化炭素源=95:5〜20:80の範囲が適切である。   The ratio of the non-graphitizable carbon source and the graphitizable carbon source in the composite fiber produced by spinning the mixed solution is determined according to the purpose of use, the specific surface area of the activated carbon fiber finally obtained, and the like. However, the weight ratio of the non-graphitizable carbon source to the graphitizable carbon source is suitably in the range of non-graphitizable carbon source: graphitizable carbon source = 95: 5 to 20:80.

本発明では難黒鉛化炭素源としてはフェノール樹脂単独に加え、難黒鉛化炭素源である繊維形成性高分子化合物を併用使用できるが、この場合、複合繊維中の難黒鉛化炭素源のうちフェノール樹脂と他の難黒鉛化炭素源の重量比がフェノール樹脂:他の難黒鉛化炭素源=100:0〜20:80の範囲にあることが必要である。紡糸の容易さでは難黒鉛化炭素源となる繊維形成性高分子化合物を増やす方が、曳糸性が増し良好ではあるが、50重量部を超えると炭化の際に液相炭素化になり易く、繊維形状の維持が困難となる。本発明でフェノール樹脂を難黒鉛化炭素源として用いるのはフェノール樹脂が熱処理あるいは触媒の存在下にアルデヒド類と反応させることで容易に熱不融化でき、炭化工程中の繊維形状維持性が特に優れているためである。   In the present invention, as the non-graphitizable carbon source, in addition to the phenol resin alone, a fiber-forming polymer compound that is a non-graphitizable carbon source can be used in combination. The weight ratio of the resin to the other non-graphitizable carbon source needs to be in the range of phenol resin: other non-graphitizable carbon source = 100: 0 to 20:80. In terms of ease of spinning, increasing the fiber-forming polymer compound that is a non-graphitizable carbon source increases the spinnability and is good, but if it exceeds 50 parts by weight, liquid carbonization tends to occur during carbonization. It becomes difficult to maintain the fiber shape. In the present invention, the phenol resin is used as the non-graphitizable carbon source in the present invention. The phenol resin can be easily heat infusible by heat treatment or reaction with an aldehyde in the presence of a catalyst, and the fiber shape maintaining property during the carbonization process is particularly excellent. This is because.

本発明で用いる難黒鉛化あるいは易黒鉛化炭素源となる繊維形成性高分子化合物は単独あるいは2種類以上を混合使用することは何ら差支えない。フェノール樹脂についても同様である。   The fiber-forming polymer compound used as a non-graphitizable or graphitizable carbon source used in the present invention can be used alone or in combination of two or more. The same applies to the phenol resin.

紡糸に供せられるこの混合液の混合方法についても特に制限はない。所定量の繊維形成性高分子化合物とフェノール樹脂溶液を混合容器に入れ攪拌翼で30分以上攪拌し続けるのが望ましい。この時粘度が高く攪拌し難いようであれば、40〜60℃程度に昇温しても差支えないが、80℃を超える温度で30分間以上攪拌を続けるとフェノール樹脂が硬化し始める問題がある上、開放状態では有機溶剤が揮発することに伴い濃縮されるため注意が必要である。   There is no particular limitation on the method of mixing the mixed solution used for spinning. It is desirable to put a predetermined amount of the fiber-forming polymer compound and the phenol resin solution in a mixing container and continue stirring for 30 minutes or more with a stirring blade. If the viscosity is high and difficult to stir at this time, the temperature can be raised to about 40 to 60 ° C, but if stirring is continued for 30 minutes or more at a temperature exceeding 80 ° C, there is a problem that the phenol resin begins to harden. In addition, it is necessary to be careful because the organic solvent is concentrated as it is volatilized in an open state.

均一に攪拌が済んだ混合液を紡糸原液とするが、紡糸中の糸切れを防止する意味から、混合液中の微細気泡を減圧脱泡させる操作が望ましい。また、紡糸装置の原液貯槽内では均一混合状態を維持するため、5〜20R.P.Mで緩やかに攪拌しつづけることが望ましい。   The mixed solution that has been uniformly stirred is used as the spinning solution. From the viewpoint of preventing yarn breakage during spinning, an operation of degassing fine bubbles in the mixed solution is desirable. Further, in order to maintain a uniform mixed state in the stock solution storage tank of the spinning device, 5-20R. P. It is desirable to keep stirring gently at M.

本発明で用いる紡糸装置は一般の湿式紡糸装置であれば特に制限はなく使用可能である。また紡糸装置によっては紡糸ノズルから一旦、空気や不活性ガス中に紡糸原液を吐出させる乾湿式もあり、こちらも使用可能である一方、これ以外には乾式紡糸も可能である。この場合、乾燥に用いる気体としては溶媒の沸点以上に加温した空気が一般的であるが、特に引火点や着火点が低い、あるいは脱溶媒のために高温化した空気では酸化が問題となる場合には窒素やアルゴンなどの不活性気体を用いることが必要である。   The spinning device used in the present invention is not particularly limited as long as it is a general wet spinning device, and can be used. In addition, depending on the spinning device, there is a dry-wet method in which a spinning solution is once discharged from a spinning nozzle into air or an inert gas. This can also be used, but dry spinning is also possible. In this case, the gas used for drying is generally air heated to the boiling point of the solvent or more, but especially when the flash point or ignition point is low or the temperature is high due to desolvation, oxidation is a problem. It is necessary to use an inert gas such as nitrogen or argon.

いずれの方法を用いて紡糸をするかは用いる繊維形成性高分子化合物の種類・濃度・特性に応じて選択すれば良いがノズル吐出直後の繊維同士の膠着を防止する意味から湿式紡糸装置が望ましい。湿式紡糸の場合、固化浴としては紡糸原液中の繊維形成性高分子化合物に対して固化能を有するものを用いる。   Which method should be used for spinning may be selected according to the type, concentration, and characteristics of the fiber-forming polymer compound to be used, but a wet spinning device is desirable from the viewpoint of preventing fiber sticking immediately after nozzle discharge. . In the case of wet spinning, a solidification bath having a solidification ability for the fiber-forming polymer compound in the spinning dope is used.

溶媒と固化浴の組成については繊維形成性高分子化合物の種類により異なるが、例えばポリアクリロニトリルを用いる場合はジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジオキサンあるいは水とアルコール類との混合液等に溶解し、これを固化させる浴としては水、水とアルコール混合液が有効である。ポリビニルブチラールを用いる場合はメタノール等に溶解し、これを固化させる浴としては水、水とアルコール混合液が有効である。凝固浴に水あるいは水とアルコールの混合液を用いる場合には塩析・脱水効果により凝固速度を早めるために硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム等の無機塩類を添加する等の操作も有効である。逆に凝固速度が速過ぎて断糸したり、延伸ができない等、紡糸が困難な場合には紡糸原液の溶解に用いた溶媒を凝固浴に混ぜること等、一般の湿式紡糸で取られる手法は本発明においても有効である。   The composition of the solvent and the solidification bath differs depending on the type of the fiber-forming polymer compound. For example, when polyacrylonitrile is used, it is dissolved in dimethylformamide, dimethylacetamide, dioxane, or a mixture of water and alcohol, and this is used. As a solidifying bath, water, a water / alcohol mixed solution is effective. In the case of using polyvinyl butyral, water, water and an alcohol mixed solution are effective as a bath for dissolving in methanol and solidifying the polyvinyl butyral. When water or a mixture of water and alcohol is used in the coagulation bath, an operation such as addition of inorganic salts such as ammonium sulfate or sodium sulfate is also effective in order to increase the coagulation rate due to the salting out / dehydration effect. Conversely, when spinning is difficult, such as when the coagulation rate is too fast, or when spinning is difficult, the solvent used for dissolving the spinning stock solution is mixed with the coagulation bath, etc. This is also effective in the present invention.

固化浴の温度は−5℃から60℃の範囲で希望する固化能になる温度を選択すれば良い。一般に固化浴の温度が高めの方が固化能は高いが、余り高くなると紡糸原液中のフェノール樹脂の粘度が下がりすぎ固化液中に溶出する恐れがあること、及び浴中での延伸が困難になるため5℃〜40℃の範囲にすることが望ましい。   What is necessary is just to select the temperature which becomes the solidification ability desired in the range of -5 degreeC to 60 degreeC as the temperature of a solidification bath. In general, the higher the temperature of the solidification bath, the higher the solidification ability, but if it is too high, the viscosity of the phenol resin in the spinning stock solution may decrease too much and elute in the solidification solution, and stretching in the bath will be difficult. Therefore, it is desirable to set the temperature within the range of 5 ° C to 40 ° C.

この際、繊維径を均一化するために、紡糸原液をギアポンプ等の吐出量を一定に制御する装置を通して紡糸ノズルから固化浴に吐出することが望ましい。固化浴中で生成した糸條を引き出す速度は、紡糸ノズルの吐出線速度の1.1倍以上〜500倍未満、好ましくは4倍〜100倍、更には5倍〜10倍の範囲にすることが最も好ましい。用いる繊維形成性高分子化合物の混合比率によってはあまり延伸すると固化の際、繊維形態を保持するのが困難になるため、一般的には高くとも15倍程度までが望ましい。1.1倍未満では繊維同士が膠着し易くなる。   At this time, in order to make the fiber diameter uniform, it is desirable to discharge the spinning solution from the spinning nozzle to the solidification bath through a device such as a gear pump that controls the discharge amount to be constant. The speed at which the yarn generated in the solidification bath is drawn out is 1.1 times to less than 500 times, preferably 4 times to 100 times, more preferably 5 times to 10 times the discharge linear velocity of the spinning nozzle. Is most preferred. Depending on the mixing ratio of the fiber-forming polymer compound used, if it is stretched too much, it becomes difficult to maintain the fiber form during solidification. If it is less than 1.1 times, the fibers tend to stick together.

以上の操作で得られた糸條は所定の細さになるよう乾熱あるいは湿熱で延伸を行う。湿熱で延伸する場合は、例えば固化浴と同組成の液に浸漬しながら10℃〜80℃の範囲、望ましくは30〜50℃の温度範囲において2.0倍から4.0倍程度に延伸することが望ましい。   The yarn obtained by the above operation is stretched with dry heat or wet heat so as to have a predetermined thickness. In the case of stretching by wet heat, for example, the film is stretched from 2.0 times to 4.0 times in a temperature range of 10 ° C. to 80 ° C., preferably in a temperature range of 30 ° C. to 50 ° C. while immersed in a liquid having the same composition as the solidification bath. It is desirable.

乾熱延伸の場合には60℃〜120℃、好ましくは80℃〜100℃の雰囲気下で2.0倍から4.0倍程度に延伸する方法が挙げられる。   In the case of dry-heat stretching, a method of stretching from 2.0 times to 4.0 times in an atmosphere of 60 ° C. to 120 ° C., preferably 80 ° C. to 100 ° C. can be mentioned.

乾熱あるいは湿熱で延伸を終了させた後、次いでフェノール樹脂を硬化させる。用いた樹脂が、例えばレゾール型フェノール樹脂の様に加熱することで硬化する場合、延伸に引き続き湿熱あるいは乾熱法で加熱処理を行うことで硬化処理することができる。熱処理条件は100℃〜220℃、好ましくは120℃〜180℃で5分から120分、好ましくは20分から60分行うことが良い。更に硬化速度を上げる方法として熱処理時に酸性となる添加物を加える方法もある。このために添加するものとして、酸としては典型的な無機酸あるいは有機酸が使用可能である。あるいは硫酸ナトリウムのごとき酸性塩でも良い。一方、加熱時に酸性を与える化合物でも良い。即ち、常温では塩基性と酸性が平衡を保って中性に近いが、加熱時に塩基性部分が熱分解して酸性を呈する物質を遊離するエステルや塩などがある。例えばシュウ酸ジメチルエステルのようなカルボン酸エステル類、マレイン酸無水物やフタル酸無水物のような酸無水物、モノクロロ酢酸のナトリウム塩のような有機ハロゲン化物、エチルアミン塩酸塩やトリエタノールアミン塩酸塩のようなアミン類が挙げられる。   After the stretching is completed by dry heat or wet heat, the phenol resin is then cured. In the case where the used resin is cured by heating, for example, like a resol type phenolic resin, the resin can be cured by performing heat treatment by wet heat or dry heat method subsequent to stretching. The heat treatment conditions are 100 to 220 ° C., preferably 120 to 180 ° C. for 5 to 120 minutes, preferably 20 to 60 minutes. Further, as a method of increasing the curing rate, there is a method of adding an additive that becomes acidic during heat treatment. For this purpose, a typical inorganic acid or organic acid can be used as the acid. Alternatively, an acid salt such as sodium sulfate may be used. On the other hand, a compound that imparts acidity upon heating may be used. In other words, there are esters and salts that liberate a substance that exhibits acidity when the basic part is thermally decomposed when heated, while the basicity and acidity are close to neutrality at room temperature. For example, carboxylic acid esters such as dimethyl oxalate, acid anhydrides such as maleic anhydride and phthalic anhydride, organic halides such as monochloroacetic acid sodium salt, ethylamine hydrochloride and triethanolamine hydrochloride And amines such as

また、常温時は中性または弱アルカリで存在し、加熱により生じたホルムアルデヒドあるいはフェノール樹脂中のメチロール基との反応によって酸性物質を遊離し硬化を促進するものとして塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムのようなアンモニウム塩や尿素誘導体のようなものがある。   Ammonium salts such as ammonium chloride and ammonium sulfate that are neutral or weakly alkaline at room temperature, release acidic substances by reaction with formaldehyde generated by heating or methylol groups in phenolic resins, and promote curing. And urea derivatives.

更に、常温では非常に安定な結晶構造の中に酸を抱接し、熱処理温度に近い融点で初めて酸として作用するものに尿素アダクトがある。この例としてはサリチル酸尿素アダクト、ステアリン酸尿素アダクトまたはヘプタン酸尿素アダクトがある。   Furthermore, a urea adduct is one in which an acid is entrapped in a very stable crystal structure at room temperature and acts as an acid for the first time at a melting point close to the heat treatment temperature. Examples include urea salicylate adduct, urea stearate adduct or urea heptanoate adduct.

これらの酸あるいは酸性物質、もしくは高温時に酸を遊離する化合物は例えば固化浴中あるいは湿熱延伸用の浴等に予め添加したり、熱処理前に水溶液をスプレーするなどの方法で糸條に付与する方法が用いられる。   These acids or acidic substances, or compounds that liberate acid at high temperatures, for example, are added in advance to a stringing bath or by a method such as spraying an aqueous solution before heat treatment, etc. Is used.

更に、用いたフェノール樹脂が、ノボラック型フェノール樹脂の場合、触媒の存在下アルデヒド類で硬化処理を施す必要がある。これには例えば、塩酸等酸性触媒とホルムアルデヒドの存在下、液相にて加熱して硬化させることが一般的であるが、気相下で加熱して行っても良い。更には、一旦酸性触媒の存在下アルデヒド類で処理した後、引き続きアンモニア等の塩基性触媒の存在下アルデヒド類で硬化処理を行う方法や、更には前述した通常硬化反応の後、水洗乾燥後、窒素・ヘリウム・炭酸ガス等の不活性ガス中100℃〜300℃の温度で加熱することにより硬化させる等、公知の硬化処理を行うことができる。   Furthermore, when the phenol resin used is a novolak type phenol resin, it is necessary to perform a curing treatment with an aldehyde in the presence of a catalyst. For this purpose, for example, it is common to cure by heating in a liquid phase in the presence of an acidic catalyst such as hydrochloric acid and formaldehyde, but it may be performed by heating in a gas phase. Furthermore, after treatment with an aldehyde in the presence of an acidic catalyst, a method of subsequently curing with an aldehyde in the presence of a basic catalyst such as ammonia, and further after the above normal curing reaction, after washing and drying, A known curing treatment such as curing by heating at a temperature of 100 ° C. to 300 ° C. in an inert gas such as nitrogen, helium, or carbon dioxide can be performed.

フェノール樹脂としてはノボラック型、レゾール型いずれもが使用可能であるが、前述の様にノボラック型はレゾール型に比べて時間を要する硬化処理工程が必要になること、更にこの硬化反応中に酸あるいは塩基により変質を受け難く、且つ反応液を内部のフェノール樹脂まで供給できる繊維形成性高分子化合物を選択しなければならない等の制限がある。工業的に製造する場合の工程の容易さ、汎用性を勘案するとレゾール型を用いることが望ましい。   As the phenolic resin, either a novolak type or a resol type can be used. However, as described above, the novolak type requires a time-consuming curing process compared to the resol type, and further, during this curing reaction, an acid or There are limitations such as selection of a fiber-forming polymer compound that is not easily altered by the base and that can supply the reaction solution to the internal phenol resin. It is desirable to use a resol type in consideration of the ease of the process for industrial production and versatility.

乾燥においては糸條同士が膠着しないよう乾燥前に鉱物油、シリコン系・フッ素系などの疎水性油剤を付着させることは効果的である。   In drying, it is effective to attach a mineral oil or a hydrophobic oil such as silicon or fluorine before drying so that the yarns do not stick together.

以上の操作により、本発明の目的とする活性炭素繊維の前駆体となる易黒鉛化炭素源と難黒鉛化炭素源からなる複合繊維を得ることができる。本発明で得られる複合繊維は、共通の溶媒により各成分が均一・微細状態で混合されていることが特徴である。複合繊維の形態については使用目的に応じて自由に選択できる。例えば織物・編物・フェルト・紙等への加工を施すのに都合良いステープル、トウなどの形態を選ぶことも、あるいは加工し易いように捲縮処理を施すなどの処理を行うことは何ら問題ない。   By the above operation, a composite fiber composed of a graphitizable carbon source and a non-graphitizable carbon source that is a precursor of the activated carbon fiber targeted by the present invention can be obtained. The composite fiber obtained by the present invention is characterized in that each component is mixed in a uniform and fine state by a common solvent. The form of the composite fiber can be freely selected according to the purpose of use. For example, there is no problem in selecting a form such as staple or tow that is convenient for processing on fabric, knitted fabric, felt, paper, etc., or performing a crimping process so that processing is easy. .

続いて得られた複合繊維を活性炭素繊維とするためには、炭素化を行う必要がある。本発明では繊維形状を維持することが重要である。そのためには所謂固相炭化反応にする必要があり、この目的のため炭化に先立って不融化が行われる。各成分のうち、フェノール樹脂分は先に述べた様に既に熱不融化が成されている。フェノール樹脂以外の難黒鉛化あるいは易黒鉛化炭素源となる繊維形成性高分子化合物の不融化工程では酸化雰囲気化中、通常は空気中にて150〜400℃、好ましくは250〜350℃で処理されることにより為される。この反応により複合繊維中の繊維形成性高分子化合物の分子間に酸素による架橋反応が進行する。この際、不融化温度が200℃未満であると酸化による架橋反応が進行し難いため不適である。一方、400℃を超えると炭化燃焼反応により炭化収率が激減するので不適である。不融化に要する加熱温度及びその処理時間は複合繊維中の各樹脂の組成により異なるため、予備実験により決定すれば良い。   Subsequently, in order to use the obtained composite fiber as activated carbon fiber, it is necessary to perform carbonization. In the present invention, it is important to maintain the fiber shape. For this purpose, a so-called solid phase carbonization reaction is required, and for this purpose, infusibilization is performed prior to carbonization. Of each component, the phenol resin component has already been heat infusible as described above. In the infusibilization step of the fiber-forming polymer compound that is a non-graphitizable or easily graphitizable carbon source other than the phenol resin, it is treated in an oxidizing atmosphere, usually in air at 150 to 400 ° C., preferably 250 to 350 ° C. It is done by doing. By this reaction, a cross-linking reaction by oxygen proceeds between the molecules of the fiber-forming polymer compound in the composite fiber. At this time, if the infusibilization temperature is less than 200 ° C., it is not suitable because the crosslinking reaction due to oxidation hardly proceeds. On the other hand, if the temperature exceeds 400 ° C., the carbonization yield is drastically reduced by the carbonization combustion reaction, which is not suitable. Since the heating temperature required for infusibilization and the treatment time differ depending on the composition of each resin in the composite fiber, they may be determined by preliminary experiments.

次いで非酸化性雰囲気下での炭化を行う。この際の非酸化性雰囲気は窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノン、ネオン等の不活性ガス及びこれらの混合ガス等の雰囲気が好適である。炭化温度は300℃〜2000℃好ましくは500℃〜1000℃の温度範囲が好適である。処理時間は10分〜30時間の範囲で行われるのが一般的である。   Next, carbonization is performed in a non-oxidizing atmosphere. The non-oxidizing atmosphere at this time is preferably an atmosphere of an inert gas such as nitrogen, argon, helium, xenon, or neon, or a mixed gas thereof. The carbonization temperature is 300 ° C to 2000 ° C, preferably 500 ° C to 1000 ° C. The treatment time is generally 10 minutes to 30 hours.

次いでこの炭素繊維を賦活させることにより活性炭素繊維を得ることが出来る。この賦活工程はガス賦活法あるいは薬剤賦活のどちらでも行うことができる。ガス賦活法の場合、水蒸気、空気、あるいはこれらを混合した酸化性ガスを導入するなどして活性炭素繊維を得ることができる。これとは別に水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属化合物、水酸化カルシウムなどのアルカリ土類金属化合物、ホウ酸、リン酸、硫酸、塩酸などの無機塩類、塩化亜鉛などの無機塩類の存在下に賦活を行う薬剤賦活法なども可能であるが、本発明の活性炭素繊維の特徴をより効果的に発揮させるための手段として、特にアルカリ金属化合物と炭素繊維を混合して焼成するアルカリ賦活法が好ましい。アルカリ金属化合物としては炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等の炭酸塩でも良いが、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物の一つあるいはこれらの混合物を使用することが一般的であり、中でも水酸化カリウムが最も好適である。アルカリ賦活法ではアルカリ金属化合物を炭素繊維に対して重量比で1〜4倍、好ましくは1.2〜2.5倍、更に好ましくは1.5〜2.3倍の比率で混合し、これを非酸化性雰囲気下600℃〜1000℃、好ましくは700〜950℃の温度範囲で1〜20時間、好ましくは2〜7時間保持する。アルカリ金属化合物は前述の条件下、炭素繊維を激しく侵食し、一酸化炭素と二酸化炭素を放出しながら多孔構造を有する活性炭素繊維を形成するのである。   Next, activated carbon fibers can be obtained by activating the carbon fibers. This activation step can be performed by either gas activation or chemical activation. In the case of the gas activation method, activated carbon fibers can be obtained by introducing water vapor, air, or an oxidizing gas in which these are mixed. Apart from this, the presence of alkali metal compounds such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, alkaline earth metal compounds such as calcium hydroxide, inorganic salts such as boric acid, phosphoric acid, sulfuric acid and hydrochloric acid, and inorganic salts such as zinc chloride Although a chemical activation method that activates below is also possible, as a means for more effectively exhibiting the characteristics of the activated carbon fiber of the present invention, in particular, alkali activation by mixing and firing an alkali metal compound and carbon fiber The method is preferred. The alkali metal compound may be a carbonate such as potassium carbonate or sodium carbonate, but one of alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, cesium hydroxide, lithium hydroxide or a mixture thereof is used. In general, potassium hydroxide is most preferred. In the alkali activation method, the alkali metal compound is mixed at a weight ratio of 1 to 4 times, preferably 1.2 to 2.5 times, more preferably 1.5 to 2.3 times with respect to the carbon fiber. Is held in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 600 ° C. to 1000 ° C., preferably 700 to 950 ° C. for 1 to 20 hours, preferably 2 to 7 hours. Under the above-mentioned conditions, the alkali metal compound erodes the carbon fiber violently and forms activated carbon fiber having a porous structure while releasing carbon monoxide and carbon dioxide.

アルカリ賦活を行った場合は、生成した活性炭素繊維を水洗し残留したアルカリ成分を除去し、更に希酸で中和する処理を行った後、再度充分に水洗することが望ましい。   When alkali activation is performed, it is desirable that the generated activated carbon fiber is washed with water to remove the remaining alkali component, and further neutralized with a dilute acid, and then sufficiently washed with water again.

本発明ではガス賦活法、アルカリ賦活法に代表される薬品賦活法のいずれを用いることも可能であるが、これらを組み合わせて処理する方法も可能である。   In the present invention, it is possible to use either a chemical activation method represented by a gas activation method or an alkali activation method, but a method of processing these in combination is also possible.

上述した方法は複合繊維を一旦、炭素繊維とし、その後改めて活性炭素繊維とする例であるが、炭化と賦活を連続して行う方法でも何ら問題ない。   The above-described method is an example in which the composite fiber is once converted to carbon fiber and then activated carbon fiber again. However, there is no problem even if carbonization and activation are continuously performed.

以上の賦活工程により、比表面積は300〜3000m/gの活性炭素繊維となる。 Through the above activation process, the activated carbon fiber has a specific surface area of 300 to 3000 m 2 / g.

本発明では繊維形態の利点を活かして各種形態への加工が容易であり、織物・編物・フェルト・紙等にすることが可能である。この場合、炭化前の複合繊維を用いて各種形態とした後、炭化あるいはさらにその後賦活することで活性炭素繊維クロス、ニット、紙等が容易に得られる。   In the present invention, it is easy to process into various forms by taking advantage of the fiber form, and it can be made into woven fabric, knitted fabric, felt, paper, and the like. In this case, activated carbon fiber cloth, knit, paper, etc. can be easily obtained by making various forms using the composite fiber before carbonization and then carbonizing or further activating it.

本発明においてはこの活性炭素繊維を用いて電極材とし、電気二重層キャパシタとする。電極を作る方法としては特に限定されるものではなく、公知の従来法が使用できる。例えば、ポリエチレンやポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のバインダーと活性炭素繊維を混合し、電極成形用原料物を作る方法が適用可能である。使用する活性炭素繊維の形状であるが、賦活したままの状態である繊維形状を有するものから、ミルド、粉砕化などの形状で使用可能である。この電極成形用原料物に鱗片状黒鉛、カーボンブラック等導電補助材を添加することも導電性向上の有効な手段である。   In the present invention, this activated carbon fiber is used as an electrode material to form an electric double layer capacitor. The method for producing the electrode is not particularly limited, and a known conventional method can be used. For example, a method of mixing an activated carbon fiber with a binder such as polyethylene, polytetrafluoroethylene, or polyvinylidene fluoride and making a raw material for forming an electrode is applicable. Although it is the shape of the activated carbon fiber to be used, it can be used in a shape such as milled or pulverized from one having a fiber shape in an activated state. Adding a conductive auxiliary material such as flaky graphite or carbon black to the electrode molding raw material is also an effective means for improving the conductivity.

次にこの電極成形用原料物を目的に応じて成形する。板状とするには例えばプレス法、ロール圧延法など、従来用いられている方法を用いることができるが、実際、電極材としては内部抵抗の低いペーパー状にするのが最も望ましい。その厚みとしては通常0.1〜5mmであるが、最も好ましいのは0.3〜3mmである。この様に成形された電極成形用原料物は集電体である金属箔上に導電バインダー等を介して圧着させることで集電体一体型の電極を作ることができる。   Next, this electrode forming raw material is formed according to the purpose. Conventionally used methods such as a press method and a roll rolling method can be used to form a plate, but in practice, the electrode material is most preferably a paper having a low internal resistance. The thickness is usually 0.1 to 5 mm, most preferably 0.3 to 3 mm. The electrode forming raw material thus formed can be pressure-bonded onto a metal foil, which is a current collector, via a conductive binder or the like, whereby a current collector-integrated electrode can be produced.

更には前述した通り活性炭素繊維クロス、ニット、紙等が容易に作れるため、これらを集電体に直接接合するなど、工程を大幅に短縮できる手法をも採り得る。   Furthermore, as described above, activated carbon fiber cloth, knit, paper, and the like can be easily produced, and therefore, a technique that can greatly shorten the process, such as directly bonding them to a current collector, can be employed.

本発明における活性炭素繊維を用いる場合、通常の粒状、粉末状あるいは球状等の活性炭を用いる方法に比べ、繊維間の接触が多い分、導電性が高く、導電補助材の使用量を減らす事ができる。粉末あるいは粒状もしくは球状の活性炭を用いる場合、全成分中10〜20重量%程度の導電補助材を用いることが通例になっているが、本発明では1〜5%程度の導電補助材で充分であり、例えば活性炭素繊維クロスを用いる場合など全く導電補助材を用いないこともある。静電容量に寄与しない導電補助材の使用量を減らすことは電極の高密度化が可能となり、その効果は極めて大である。   When using the activated carbon fiber in the present invention, compared to the method using activated carbon such as normal granular, powdered or spherical, the amount of contact between the fibers is high, the conductivity is high, and the amount of conductive auxiliary material used can be reduced. it can. When powdered or granular or spherical activated carbon is used, it is customary to use about 10 to 20% by weight of conductive auxiliary material in all components, but in the present invention, about 1 to 5% of conductive auxiliary material is sufficient. In some cases, for example, when an activated carbon fiber cloth is used, no conductive auxiliary material is used. Reducing the amount of conductive auxiliary material that does not contribute to the electrostatic capacity makes it possible to increase the density of the electrodes, and the effect is extremely great.

電極の集電材は電気化学的に電解液に対して耐食性であることが必要であるが、それ以外には特に制限を受けるものではなく、一般的なアルミニウム箔、ステンレス箔、銅箔、チタン箔、タンタル箔、ニッケル箔などが使用可能である。   The current collector of the electrode must be electrochemically resistant to the electrolytic solution, but is not particularly limited, and general aluminum foil, stainless steel foil, copper foil, titanium foil Tantalum foil, nickel foil, etc. can be used.

このように得られた電極材料は用途に応じて、所定の大きさ、形状にカットし、セパレーターを間に挟んで外装容器に挿入する。セパレーターとしては例えば、微多孔性ポリプロピレン、ポリエチレンフィルム、またはポリプロピレン、ポリエチレン製不織布などが使用できる。この中に電解液を注入し封口する工程を経て電気二重層キャパシタユニットセルを作ることができる。本発明で用いることができる電解液としては水溶液電解液でも有機系電解液でも良い。水溶液電解液としては入手の容易さとキャパシタとした際の容量から希硫酸が一般的であるが、その他の無機塩例えば四フッ化ホウ酸、硝酸や、さらには水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウムも使用可能である。有機系電解液としてはプロピレンカーボネートを溶媒として、これに電解質として四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウム、四フッ化ホウ酸テトラエチルホスホニウム、四フッ化ホウ酸メチルトリエチルアンモニウム、過塩素酸リチウム塩等が好適として用いられる。これ以外に溶媒としてはγ−ブチロラクトン、ジメチルスルフォキシド、ジメチルホルムアミド、ジメトキシエタン、エチレンカーボネート、アセトニトリル、テトラヒドロフラン等を単体或いは2種類以上の混合物として使用でき、電解質としては上記例示以外には各種金属イオン、第4級アンモニウムカチオンや第4級ホスホニウムカチオン等の陽イオンと各種陰イオンとにより形成される塩類が使用可能である。水溶液電解液方式でも有機系電解液方式でも、それぞれの電解質の濃度は5〜95%の範囲で適宜選択可能である。   The electrode material obtained in this way is cut into a predetermined size and shape according to the application, and inserted into an outer container with a separator in between. As the separator, for example, a microporous polypropylene, a polyethylene film, or polypropylene, a polyethylene nonwoven fabric, or the like can be used. An electric double layer capacitor unit cell can be made through a process of injecting and sealing the electrolyte into this. The electrolytic solution that can be used in the present invention may be an aqueous electrolytic solution or an organic electrolytic solution. As an aqueous electrolyte, dilute sulfuric acid is generally used because of its availability and capacity when used as a capacitor, but other inorganic salts such as tetrafluoroboric acid, nitric acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide, water Ammonium oxide can also be used. As an organic electrolyte, propylene carbonate is used as a solvent, and tetraethylammonium tetrafluoroborate, tetraethylphosphonium tetrafluoroborate, methyltriethylammonium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, etc. are suitable as an electrolyte. Used. In addition, γ-butyrolactone, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dimethoxyethane, ethylene carbonate, acetonitrile, tetrahydrofuran, etc. can be used alone or as a mixture of two or more as the solvent, and as the electrolyte, various metals other than those exemplified above can be used. Salts formed by cations such as ions, quaternary ammonium cations and quaternary phosphonium cations and various anions can be used. Regardless of the aqueous electrolyte system or the organic electrolyte system, the concentration of each electrolyte can be appropriately selected within a range of 5 to 95%.

本発明の電気二重層キャパシタで用いる活性炭素繊維は易黒鉛化炭素から成る活性炭と難黒鉛化炭素から成る活性炭が単純に混ぜ合わされたものではなく、易黒鉛化炭素源と難黒鉛化炭素源が極めて微細なレベルで均一に混じり合い活性炭素繊維を形成していることが特徴であり、このため電気二重層キャパシタの電極材として用いた際、充放電時の膨張収縮が軽度である難黒鉛化炭素からなる活性炭が易黒鉛化炭素から成る活性炭の周囲を包囲することで、易黒鉛化炭素から成る活性炭の膨張を押さえ込み、その破損を確実に抑制するのである。   The activated carbon fiber used in the electric double layer capacitor of the present invention is not simply a mixture of activated carbon composed of graphitizable carbon and activated carbon composed of non-graphitizable carbon. It is characterized by the fact that it is uniformly mixed at an extremely fine level to form an activated carbon fiber. Therefore, when used as an electrode material for electric double layer capacitors, it is difficult to graphitize when it expands and contracts during charging and discharging. The activated carbon made of carbon surrounds the periphery of the activated carbon made of graphitizable carbon, thereby suppressing the expansion of the activated carbon made of graphitizable carbon and reliably suppressing the breakage.

このため本発明の活性炭素繊維は、易黒鉛化炭素源と難黒鉛化炭素源のお互いの長所を併せ持つ活性炭素繊維であって、これを電極材とすることで使用時の電極の膨張を抑制可能ならしめ繰り返しの充放電に対する耐久性に優れた高容量の電気二重層キャパシタを製造することができるものである。   For this reason, the activated carbon fiber of the present invention is an activated carbon fiber having both advantages of an easily graphitizable carbon source and a non-graphitizable carbon source, and suppresses expansion of the electrode during use by using this as an electrode material. It is possible to manufacture a high-capacity electric double layer capacitor excellent in durability against repeated charging and discharging if possible.

以下に実施例を示し、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
〔測定及びサンプル作成〕
尚、本例では活性炭の比表面積の測定は液体窒素温度条件下の窒素吸着によるB.E.T法による。
また、静電容量は実施例、比較例で得られた電極用シートを10mm×10mmにカットし、このシート2枚を、絶縁性多孔質セパレーターを介して対向させ、電解液を含浸させた後、両外側を集電体として白金で挟み込み、電気二重層キャパシタを作成し、これを静電容量測定用サンプルとした。サンプルは測定開始前に寸法を測定しておいた。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to only these examples.
[Measurement and sample preparation]
In this example, the specific surface area of the activated carbon is measured by B.sub.2 adsorption by nitrogen adsorption under liquid nitrogen temperature conditions. E. According to the T method.
In addition, the capacitance was obtained by cutting the electrode sheets obtained in Examples and Comparative Examples into 10 mm × 10 mm, and facing the two sheets through an insulating porous separator, and impregnating the electrolyte. Then, both outer sides were sandwiched with platinum as a current collector to produce an electric double layer capacitor, which was used as a sample for measuring capacitance. The sample was dimensioned before starting the measurement.

〔実施例1〕
フェノール400g、50%ホルマリン440gを反応容器に仕込み、25%アンモニア水74gを加えて60℃にて3時間反応させた後、80mmHgの減圧下にて反応混合物内温が80℃に上昇するまで脱水濃縮反応を行い更にそのまま80℃、80mmHg下に保持して常温で液状のレゾール型フェノール樹脂(固形分55%)を得た。
次いで分子量20万のポリアクリロニトリルを固形分の比がポリアクリロニトリル樹脂:レゾール型フェノール樹脂=40:60になるようジメチルホルムアミドに入れ常温で1時間攪拌した後窒素気流下80℃で1時間攪拌して完全に溶解したことを確認後冷却した。これを紡糸原液として孔径0.1mm、ホール数80の紡糸口金から一定吐出量を保ちながら、ジメチルホルムアミド濃度10wt%、25℃のジメチルホルムアミド水溶液中に押出した。凝固浴中で延伸倍率が2〜3になるよう巻取りローラーの回転数を調整した。尚、凝固浴中の浸漬時間は約60秒であった。 巻き取った糸條は50℃のジメチルホルムアミド濃度5wt%水溶液中で更に2倍の延伸を行い、その後緊張状態を保ったまま室温で5分間の風乾を行い、更に130℃で30分の乾熱処理を行った。
得られた複合繊維を空気中にて350℃で10分間処理し不融化させた。次いでこれを炭化炉に入れ、窒素気流中、常温から700℃まで5℃/分の速度で昇温し、更に700℃で30分間保持した後、窒素気流中で100℃まで冷却して取り出した。
取り出した炭素繊維を高純度アルミナ製ルツボにいれ、炭素繊維100重量部に対して水酸化カリウム200重量部と混合し窒素気流下、4℃/分の昇温速度で750℃まで昇温し、更に750℃で2時間保持して賦活を終了した。得られた活性炭素繊維を純水で充分に洗浄後、常温、0.3%の塩酸に5分間浸漬して中和した後、更に純水で充分に洗浄した。洗浄後、活性炭素繊維を200℃で2時間の真空乾燥を行った。この様にして得られた微細フェノール樹脂繊維を試験用カッターミルで繊維長が1mm程度になるよう粉砕し、これに導電助剤としてアセチレンブラックを2重量%加え、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレンを7重量%添加し乳鉢で混練後、厚さ1mmになるよう圧延成形して、前述の〔測定及びサンプル作成〕通りに静電容量測定用サンプルを作成した。
この電極を1mol/Lの濃度の四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウムのプロピレンカーボネート溶液に完全に浸漬し試験用セルを作成した。
試験用セルに充電電圧2.3Vの電圧を印加し、40mA/gの電流密度で充電、放電を20回繰り返した。10回目から20回目の放電エネルギーの平均値から静電容量を求めた。測定の結果を表1に示す。
[Example 1]
Charge 400 g of phenol and 440 g of 50% formalin into a reaction vessel, add 74 g of 25% aqueous ammonia and react at 60 ° C. for 3 hours, then dehydrate until the internal temperature of the reaction mixture rises to 80 ° C. under reduced pressure of 80 mmHg. Concentration reaction was performed, and the resol-type phenol resin (solid content 55%) which was liquid at normal temperature was kept as it was at 80 ° C. and 80 mmHg.
Next, polyacrylonitrile having a molecular weight of 200,000 was placed in dimethylformamide so that the solid content ratio would be polyacrylonitrile resin: resole type phenol resin = 40: 60, and stirred at room temperature for 1 hour, and then stirred at 80 ° C. for 1 hour in a nitrogen stream. It cooled after confirming that it melt | dissolved completely. This was extruded as a spinning stock solution into a dimethylformamide aqueous solution having a dimethylformamide concentration of 10 wt% and 25 ° C. while maintaining a constant discharge rate from a spinneret having a hole diameter of 0.1 mm and a hole number of 80. The number of rotations of the winding roller was adjusted so that the draw ratio was 2 to 3 in the coagulation bath. The immersion time in the coagulation bath was about 60 seconds. The wound spool is further stretched twice in a 5 wt% dimethylformamide aqueous solution at 50 ° C, then air-dried for 5 minutes at room temperature while maintaining the tension state, and further subjected to a dry heat treatment at 130 ° C for 30 minutes. Went.
The obtained composite fiber was treated in air at 350 ° C. for 10 minutes to make it infusible. Next, this was put into a carbonization furnace, heated from a normal temperature to 700 ° C. at a rate of 5 ° C./min in a nitrogen stream, further maintained at 700 ° C. for 30 minutes, and then cooled to 100 ° C. in a nitrogen stream and taken out. .
The taken-out carbon fiber was put into a high-purity alumina crucible, mixed with 200 parts by weight of potassium hydroxide with respect to 100 parts by weight of carbon fiber, heated to 750 ° C. at a rate of temperature increase of 4 ° C./min under a nitrogen stream, Furthermore, the activation was completed by holding at 750 ° C. for 2 hours. The obtained activated carbon fibers were sufficiently washed with pure water, neutralized by immersion in 0.3% hydrochloric acid at room temperature for 5 minutes, and then further thoroughly washed with pure water. After washing, the activated carbon fiber was vacuum dried at 200 ° C. for 2 hours. The fine phenol resin fibers thus obtained were pulverized with a test cutter mill so that the fiber length was about 1 mm, and 2% by weight of acetylene black was added as a conductive aid, and 7% of polytetrafluoroethylene was added as a binder. After weight percent was added and kneaded in a mortar, it was rolled to a thickness of 1 mm, and a capacitance measurement sample was prepared as described above [Measurement and Sample Preparation].
This electrode was completely immersed in a propylene carbonate solution of tetraethylammonium tetrafluoroborate having a concentration of 1 mol / L to prepare a test cell.
A charge voltage of 2.3 V was applied to the test cell, and charging and discharging were repeated 20 times at a current density of 40 mA / g. The capacitance was determined from the average value of the discharge energy from the 10th time to the 20th time. The measurement results are shown in Table 1.

〔実施例2〕
フェノール400g、50%ホルマリン440gを反応容器に仕込み25%アンモニア水74gを加えて60℃にて3時間反応させた後、80mmHgの減圧下にて反応混合物内温が80℃に上昇するまで脱水濃縮反応を行い更にそのまま80℃、80mmHg下に保持して常温で透明液状のレゾール型フェノール樹脂(固形分80%)を得た。次に酢化度55%、重合度120の二酢酸セルロース100gを900gのアセトンに入れ常温で約1時間攪拌した後、還流器付きフラスコで60℃に保ったまま30分の攪拌混合を行い完全に溶解したことを確認し、冷却して二酢酸セルロース溶液(固形分10%)を得た。更に塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体(日信化学工業製ソルバインC5、塩化ビニル:酢酸ビニル=75wt%:25wt%、重合度400)を用意した。
ニ酢酸セルロース溶液(固形分10%)のアセトン溶液中に前述のレゾール型フェノール樹脂と塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体を固形分の重量比がニ酢酸セルロース:フェノール樹脂:塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体=40:40:20になるように加え、小型ホモジナイザーで攪拌し均一な微黄色乳化混合液を得た。
次にこれを孔径0.07mm、ホール数50の紡糸口金から一定吐出量を保ちながら、アセトン濃度5wt%、10℃のアセトン水溶液中に押出した。凝固浴中で延伸倍率が2〜3になるよう巻取りローラーの回転数を調整した。尚、凝固浴中の浸漬時間は約60秒であった。
巻き取った糸條は50℃のアセトン濃度5wt%水溶液中で更に3倍の延伸を行い、その後緊張状態を保ったまま室温で15分間の風乾を行い、更に120℃で60分の乾熱処理を行った。
得られた複合繊維を空気中にて250℃で20分間処理し不融化させた。次いでこれを炭化炉に入れ、窒素気流中、常温から700℃まで5℃/分の速度で昇温し、更に700℃で30分間保持した後、窒素気流中で100℃まで冷却して取り出した。
取り出した炭素繊維を高純度アルミナ製ルツボにいれ、炭素繊維100重量部に対して水酸化カリウム150重量部と混合し窒素気流下、5℃/分の昇温速度で700℃まで昇温し、更に700℃で2時間保持して賦活を終了した。得られた活性炭素繊維を純水で充分に洗浄後、常温、0.3%の塩酸に5分間浸漬して中和した後、更に純水で充分に洗浄した。洗浄後、活性炭素繊維を200℃で2時間の真空乾燥を行った。この様にして得られた微細フェノール樹脂繊維を試験用カッターミルで繊維長が1mm程度になるよう粉砕し、これに導電助剤としてアセチレンブラックを2重量%加え、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレンを7重量%添加し乳鉢で混練後、厚さ1mmになるよう圧延成形して、前述の〔測定及びサンプル作成〕通りに静電容量測定用サンプルを作成した。
この電極を1mol/Lの濃度の四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウムのプロピレンカーボネート溶液に完全に浸漬し試験用セルを作成した。試験用セルに充電電圧2.3Vの電圧を印加し、40mA/gの電流密度で充電、放電を20回繰り返した。10回目から20回目の放電エネルギーの平均値から容量を求めた。測定の結果を表1に示す。
[Example 2]
Charge 400 g of phenol and 440 g of 50% formalin into a reaction vessel, add 74 g of 25% aqueous ammonia and react at 60 ° C. for 3 hours, then dehydrate and concentrate under reduced pressure of 80 mmHg until the internal temperature of the reaction mixture rises to 80 ° C. The reaction was further performed, and the mixture was kept as it was at 80 ° C. and 80 mmHg to obtain a transparent liquid resol type phenol resin (solid content: 80%) at room temperature. Next, 100 g of cellulose diacetate having an acetylation degree of 55% and a polymerization degree of 120 is placed in 900 g of acetone and stirred at room temperature for about 1 hour, followed by stirring and mixing for 30 minutes while maintaining at 60 ° C. in a flask equipped with a reflux condenser. It was confirmed that it was dissolved, and cooled to obtain a cellulose diacetate solution (solid content 10%). Furthermore, a vinyl chloride-vinyl acetate copolymer (Solvine C5 manufactured by Nissin Chemical Industry, vinyl chloride: vinyl acetate = 75 wt%: 25 wt%, polymerization degree 400) was prepared.
The above-mentioned resol-type phenolic resin and vinyl chloride-vinyl acetate copolymer are mixed in an acetone solution of a cellulose diacetate solution (solid content: 10%). The weight ratio of the solid content is cellulose diacetate: phenol resin: vinyl chloride-vinyl acetate. It added so that it might become a polymer = 40: 40: 20, and it stirred with the small homogenizer, and obtained the uniform slightly yellow emulsion mixed liquid.
Next, this was extruded into an acetone aqueous solution having an acetone concentration of 5 wt% and 10 ° C. while maintaining a constant discharge amount from a spinneret having a hole diameter of 0.07 mm and a hole number of 50. The number of rotations of the winding roller was adjusted so that the draw ratio was 2 to 3 in the coagulation bath. The immersion time in the coagulation bath was about 60 seconds.
The wound spool is further stretched 3 times in an aqueous solution of 5 wt% acetone at 50 ° C, then air-dried for 15 minutes at room temperature while maintaining the tension state, and further subjected to a dry heat treatment at 120 ° C for 60 minutes. went.
The obtained conjugate fiber was treated in air at 250 ° C. for 20 minutes to make it infusible. Next, this was put into a carbonization furnace, heated at a rate of 5 ° C./min from normal temperature to 700 ° C. in a nitrogen stream, further held at 700 ° C. for 30 minutes, and then cooled to 100 ° C. in a nitrogen stream and taken out. .
The taken-out carbon fiber was put into a high-purity alumina crucible, mixed with 150 parts by weight of potassium hydroxide with respect to 100 parts by weight of carbon fiber, and heated to 700 ° C. at a rate of 5 ° C./min under a nitrogen stream. Furthermore, the activation was completed by maintaining at 700 ° C. for 2 hours. The obtained activated carbon fibers were sufficiently washed with pure water, neutralized by immersion in 0.3% hydrochloric acid at room temperature for 5 minutes, and then further thoroughly washed with pure water. After washing, the activated carbon fiber was vacuum dried at 200 ° C. for 2 hours. The fine phenol resin fiber thus obtained was pulverized with a test cutter mill so that the fiber length was about 1 mm, and 2% by weight of acetylene black was added as a conductive aid, and 7% of polytetrafluoroethylene was added as a binder. After weight percent was added and kneaded in a mortar, it was rolled to a thickness of 1 mm, and a sample for measuring capacitance was prepared as described above [Measurement and Sample Preparation].
This electrode was completely immersed in a propylene carbonate solution of tetraethylammonium tetrafluoroborate having a concentration of 1 mol / L to prepare a test cell. A charge voltage of 2.3 V was applied to the test cell, and charging and discharging were repeated 20 times at a current density of 40 mA / g. The capacity was determined from the average value of the discharge energy at the 10th to 20th times. The measurement results are shown in Table 1.

〔実施例3〕
実施例2と同じレゾール型フェノール樹脂と分子量20万のポリアクリロニトリルを固形分の比がポリアクリロニトリル樹脂:レゾール型フェノール樹脂=40:60になるようジメチルホルムアミドに入れ常温で1時間攪拌した後窒素気流下80℃で1時間攪拌して完全に溶解したことを確認後冷却した。
この溶液を孔径1.2mm、ホール数18の紡糸口金を用い温度180℃の不活性雰囲気中に紡糸した。紡糸速度は200メートル/分であった。引き続いて緊張状態を保ったまま190℃で20分の熱処理を行い、複合繊維を得た。
得られた複合繊維を空気中にて250℃で20分間処理し不融化させた。続いて炭化炉に入れ、窒素気流中、常温から800℃まで5℃/分の速度で昇温し、更に800℃で30分間保持した。次いで窒素をキャリアーとした水蒸気により180分間の賦活を行った後、気流中で100℃まで冷却して取り出した。
次いで活性炭素繊維に対して導電助剤であるアセチレンブラックを2重量%、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレンを5重量%添加しボールミルで混練後、厚さ1mmになるよう圧延成形して、前述の〔測定及びサンプル作成〕通りに静電容量測定用サンプルを作成した。
この電極を1mol/Lの濃度の四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウムのプロピレンカーボネート溶液に完全に浸漬し試験用セルを作成した。試験用セルに充電電圧2.3Vの電圧を印加し、40mA/gの電流密度で充電、放電を20回繰り返した。10回目から20回目の放電エネルギーの平均値から容量を求めた。測定の結果を表1に示す。
Example 3
The same resol type phenolic resin as in Example 2 and polyacrylonitrile having a molecular weight of 200,000 were placed in dimethylformamide so that the solid content ratio was polyacrylonitrile resin: resol type phenolic resin = 40: 60, and stirred at room temperature for 1 hour, and then a nitrogen stream The mixture was stirred for 1 hour at 80 ° C. and cooled to confirm that it was completely dissolved.
This solution was spun in an inert atmosphere at a temperature of 180 ° C. using a spinneret having a hole diameter of 1.2 mm and 18 holes. The spinning speed was 200 meters / minute. Subsequently, heat treatment was carried out at 190 ° C. for 20 minutes while maintaining the tension state to obtain a composite fiber.
The obtained conjugate fiber was treated in air at 250 ° C. for 20 minutes to make it infusible. Then, it put into the carbonization furnace, heated up at a speed | rate of 5 degree-C / min from normal temperature to 800 degreeC in nitrogen stream, and also hold | maintained at 800 degreeC for 30 minutes. Next, activation was performed for 180 minutes with water vapor using nitrogen as a carrier, and then the mixture was cooled to 100 ° C. in an air stream and taken out.
Next, 2% by weight of acetylene black, which is a conductive aid, is added to the activated carbon fiber, 5% by weight of polytetrafluoroethylene as a binder, kneaded by a ball mill, and then rolled to a thickness of 1 mm. Measurement and Sample Preparation] A capacitance measurement sample was prepared as described above.
This electrode was completely immersed in a propylene carbonate solution of tetraethylammonium tetrafluoroborate having a concentration of 1 mol / L to prepare a test cell. A charge voltage of 2.3 V was applied to the test cell, and charging and discharging were repeated 20 times at a current density of 40 mA / g. The capacity was determined from the average value of the discharge energy at the 10th to 20th times. The measurement results are shown in Table 1.

〔実施例4〕
実施例2と同じレゾール型フェノール樹脂と、完全鹸化型ポリビニルアルコール(重合度1700)の7.5wt%水溶液(0.4wt%ホウ酸酸性)、水系塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体エマルジョン(日信化学工業製ビニブラン601、固形分43%)を用意し、固形分の重量比がフェノール樹脂:ポリビニルアルコール:塩化ビニル−酢酸ビニル=40:20:40となるように加え、小型ホモジナイザーで攪拌し均一な微黄色乳化混合液を得た。
次にこれを紡糸原液として孔径0.07mm、ホール数50の紡糸口金から一定吐出量を保ちながら、1wt%水酸化ナトリウムと30wt%硫酸ナトリウムからなる40℃の凝固浴中に押出した。凝固浴中で延伸倍率が2〜5になるよう巻取りローラーの回転数を調整した。凝固浴を通過後、繊維を水洗し、繊維に付着している水酸化ナトリウムを除去した。その後緊張状態を保ったまま室温で15分間の風乾を行い、更に120℃で60分の乾熱処理を行った。
得られた複合繊維を空気中にて250℃で20分間処理し不融化させ、次いでこれを炭化炉に入れ、窒素気流中、常温から600℃まで5℃/分の速度で昇温し、更に600℃で30分間保持した後、窒素をキャリアーとした水蒸気により20分間の賦活を行い、窒素気流中で100℃まで冷却して取り出した。
次いで活性炭素繊維に対して導電助剤であるアセチレンブラックを2重量%、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレンを5重量%添加しボールミルで混練後、厚さ1mmになるよう圧延成形して、前述の〔測定及びサンプル作成〕通りに静電容量測定用サンプルを作成した。
この電極を1mol/Lの濃度の四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウムのプロピレンカーボネート溶液に完全に浸漬し試験用セルを作成した。試験用セルに充電電圧2.3Vの電圧を印加し、40mA/gの電流密度で充電、放電を20回繰り返した。10回目から20回目の放電エネルギーの平均値から容量を求めた。測定の結果を表1に示す。
Example 4
The same resol type phenolic resin as in Example 2, a 7.5 wt% aqueous solution (0.4 wt% boric acid) of a fully saponified polyvinyl alcohol (polymerization degree 1700), an aqueous vinyl chloride-vinyl acetate copolymer emulsion (Nissin) Vine Blanc 601 manufactured by Kagaku Kogyo Co., Ltd., with a solid content of 43%), added so that the weight ratio of the solid content is phenol resin: polyvinyl alcohol: vinyl chloride-vinyl acetate = 40: 20: 40, and stirred uniformly with a small homogenizer A slightly yellow emulsified mixture was obtained.
Next, this was extruded as a spinning stock solution into a coagulation bath at 40 ° C. composed of 1 wt% sodium hydroxide and 30 wt% sodium sulfate while maintaining a constant discharge rate from a spinneret having a hole diameter of 0.07 mm and 50 holes. The number of rotations of the take-up roller was adjusted so that the draw ratio was 2 to 5 in the coagulation bath. After passing through the coagulation bath, the fiber was washed with water to remove sodium hydroxide adhering to the fiber. Thereafter, air-drying was performed for 15 minutes at room temperature while maintaining a tension state, and further, a heat treatment for 60 minutes was performed at 120 ° C.
The obtained composite fiber was treated in air at 250 ° C. for 20 minutes to be infusibilized, then placed in a carbonization furnace, heated in a nitrogen stream from room temperature to 600 ° C. at a rate of 5 ° C./min, After maintaining at 600 ° C. for 30 minutes, activation was performed with water vapor using nitrogen as a carrier for 20 minutes, and the mixture was cooled to 100 ° C. in a nitrogen stream and taken out.
Next, 2% by weight of acetylene black, which is a conductive aid, is added to the activated carbon fiber, 5% by weight of polytetrafluoroethylene as a binder, kneaded by a ball mill, and then rolled to a thickness of 1 mm. Measurement and Sample Preparation] A capacitance measurement sample was prepared as described above.
This electrode was completely immersed in a propylene carbonate solution of tetraethylammonium tetrafluoroborate having a concentration of 1 mol / L to prepare a test cell. A charge voltage of 2.3 V was applied to the test cell, and charging and discharging were repeated 20 times at a current density of 40 mA / g. The capacity was determined from the average value of the discharge energy at the 10th to 20th times. The measurement results are shown in Table 1.

〔比較例1〕
本試験の複合繊維の代わりに市販フェノール樹脂繊維(商品名、カイノールKF0270M 繊維径14μ)を炭化工程以降実施例1と同じ条件で炭化・賦活化したものを用いる以外は実施例1と同じ条件で静電容量測定用サンプルを作成し、測定を行った結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
Under the same conditions as in Example 1 except that a commercial phenol resin fiber (trade name, Kynol KF0270M fiber diameter 14μ) was carbonized and activated under the same conditions as in Example 1 instead of the composite fiber in this test. Table 1 shows the results of creating and measuring a sample for measuring capacitance.

〔比較例2〕
市販ヤシ殻活性炭を用いて実施例1と同条件で容量測定用サンプルを作成し、測定を行った結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
Table 1 shows the results of measurement using a commercially available coconut shell activated carbon prepared under the same conditions as in Example 1 and measuring the volume.

〔比較例2〕
易黒鉛化炭素源である軟化点300℃の石油ピッチを、ボールミルを用いて平均粒径250μmまで粉砕し、大気雰囲気下ロータリーキルンで1℃/分の昇温速度で350℃まで昇温して5分間保持して不融化した。不融化したピッチ紛を窒素気流下昇温速度5℃/分で900℃まで加熱して2時間保持し炭化物を得た。この炭化物を高純度アルミナ製ルツボにいれ、実施例2と同条件で賦活・洗浄・中和・洗浄を施した。更に実験2同様、導電助剤としてアセチレンブラックを2重量%加え、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレンを7重量%添加し乳鉢で混練後、厚さ1mmになるよう圧延成形して、前述の〔測定及びサンプル作成〕通りに静電容量測定用サンプルを作成した。
この電極を1mol/Lの濃度の四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウムのプロピレンカーボネート溶液に完全に浸漬し試験用セルを作成した。試験用セルに充電電圧2.3Vの電圧を印加し、40mA/gの電流密度で充電、放電を20回繰り返した。10回目から20回目の放電エネルギーの平均値から容量を求めた。測定の結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
A petroleum pitch having a softening point of 300 ° C., which is an easily graphitized carbon source, is pulverized to an average particle size of 250 μm using a ball mill, and heated to 350 ° C. at a heating rate of 1 ° C./min in a rotary kiln in an air atmosphere. Hold for a minute to make it infusible. The infusible pitch powder was heated to 900 ° C. at a rate of temperature increase of 5 ° C./min under a nitrogen stream and held for 2 hours to obtain carbide. This carbide was put into a high-purity alumina crucible and subjected to activation, washing, neutralization and washing under the same conditions as in Example 2. Further, as in Experiment 2, 2% by weight of acetylene black was added as a conductive additive, 7% by weight of polytetrafluoroethylene was added as a binder, kneaded in a mortar, and then rolled to a thickness of 1 mm. Samples for capacitance measurement were prepared as described in [Sample preparation].
This electrode was completely immersed in a propylene carbonate solution of tetraethylammonium tetrafluoroborate having a concentration of 1 mol / L to prepare a test cell. A charge voltage of 2.3 V was applied to the test cell, and charging and discharging were repeated 20 times at a current density of 40 mA / g. The capacity was determined from the average value of the discharge energy at the 10th to 20th times. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2005294607
Figure 2005294607

Claims (6)

易黒鉛化炭素源である繊維形成性高分子化合物と難黒鉛化炭素源である繊維形成性高分子化合物からなる複合繊維を活性炭素繊維とし、これを電極材として用いることを特徴とする電気二重層キャパシタ。   A composite fiber comprising a fiber-forming polymer compound that is a graphitizable carbon source and a fiber-forming polymer compound that is a non-graphitizable carbon source is an activated carbon fiber, and this is used as an electrode material. Multilayer capacitor. 易黒鉛化炭素源である繊維形成性高分子化合物がポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル及びこれらの共重合物から選択された少なくとも1種類以上であることを特徴とする請求項1に記載の電気二重層キャパシタ。   The fiber-forming polymer compound that is a graphitizable carbon source is at least one selected from polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, and copolymers thereof. The electric double layer capacitor according to claim 1. 難黒鉛化炭素源である繊維形成性高分子化合物がフェノール樹脂、ポリビニルアルコール、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース及びこれらの共重合物から選択された少なくとも1種類以上であることを特徴とする請求項1に記載の電気二重層キャパシタ。   The fiber-forming polymer compound that is a non-graphitizable carbon source is at least one selected from a phenol resin, polyvinyl alcohol, cellulose diacetate, cellulose triacetate, and copolymers thereof. 2. The electric double layer capacitor according to 1. 難黒鉛化炭素源が加熱により難黒鉛化炭素を生ずる少なくとも1種類以上の繊維形成性高分子化合物、易黒鉛化炭素源が加熱により易黒鉛化炭素を生ずる少なくとも1種類以上の繊維形成性高分子化合物であって、これらを共通の溶媒に溶解した混合物を紡糸原液とし、これを紡糸した後、硬化処理を施すことで得られる複合繊維を炭化、賦活して得られた活性炭素繊維を電極材として用いることを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。   At least one fiber-forming polymer compound that generates non-graphitizable carbon when heated by a non-graphitizable carbon source, at least one fiber-forming polymer that generates graphitizable carbon when heated by a graphitizable carbon source A compound obtained by dissolving a compound in a common solvent is used as a spinning stock solution, and after spinning, the composite fiber obtained by curing is carbonized and activated, and activated carbon fiber is used as an electrode material. A method for producing an electric double layer capacitor, characterized by being used as: 複合繊維中の難黒鉛化炭素源と易黒鉛化炭素源の重量比が難黒鉛化炭素源:易黒鉛化炭素源=95:5〜20:80の範囲にあることを特徴とする請求項4に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。   5. The weight ratio of the non-graphitizable carbon source to the graphitizable carbon source in the composite fiber is in the range of non-graphitizable carbon source: graphitizable carbon source = 95: 5 to 20:80. The manufacturing method of the electrical double layer capacitor as described in 2 .. 複合繊維中の難黒鉛化炭素源のうちフェノール樹脂と他の難黒鉛化炭素源の重量比がフェノール樹脂:他の難黒鉛化炭素源=100:0〜20:80の範囲にあることを特徴とする請求項4に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。   Among the non-graphitizable carbon sources in the composite fiber, the weight ratio of the phenol resin and the other non-graphitizable carbon source is in the range of phenol resin: other non-graphitizable carbon source = 100: 0-20: 80. The method for producing an electric double layer capacitor according to claim 4.
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