JP2006151699A - Carbonized material for producing activated carbon used for electrode of electric double layer capacitor and method of producing activated carbon used for electrode of electric double layer capacitor - Google Patents

Carbonized material for producing activated carbon used for electrode of electric double layer capacitor and method of producing activated carbon used for electrode of electric double layer capacitor Download PDF

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Hiroshi Yoshida
浩 吉田
Mitsuhisa Tsunoda
三尚 角田
Motoi Nakanishi
基 中西
Takaya Satou
貴哉 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbonized material suitable for producing activated carbon used for an electrode that can give, when used as the electrode of a capacitor, an electric double layer capacitor having low internal resistance and large electrostatic capacity. <P>SOLUTION: The carbonized material for producing activated carbon used for an electrode of an electric double layer capacitor has an anisotropic fine texture and is obtained by heat-treating a mixture comprising of 30-80 mass% of pitch and 20-70 mass% of a phenol resin. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電気二重層キャパシタ電極用活性炭製造用の炭素化物および電気二重層キャパシタ電極用活性炭の製造方法に関する。   The present invention relates to a carbonized product for producing activated carbon for electric double layer capacitor electrodes and a method for producing activated carbon for electric double layer capacitor electrodes.

従来、電気二重層キャパシタ電極用活性炭の製造に用いられる炭素化物としては、難黒鉛化性炭素材料、易黒鉛化性炭素材料が知られている。
難黒鉛化性炭素材料であるフェノール樹脂炭、フラン樹脂炭、ポリ塩化ビニリデン樹脂炭や、ヤシガラ等の植物組織由来炭等は、光学的に等方性で非晶質な構造を有しており、黒鉛化し難いハードカーボンとして分類されている。
Conventionally, non-graphitizable carbon materials and graphitizable carbon materials are known as carbonized materials used in the production of activated carbon for electric double layer capacitor electrodes.
Non-graphitizable carbon materials such as phenol resin charcoal, furan resin charcoal, polyvinylidene chloride resin charcoal, and plant tissue derived charcoal such as coconut shells have an optically isotropic and amorphous structure. It is classified as hard carbon that is difficult to graphitize.

難黒鉛化性炭素材料は、水蒸気との反応性に富んでいることから、大きな比表面積と細孔容積とを持つ活性炭を容易に得ることができ、電極に用いた場合に耐久性の高い電気二重層キャパシタが得られる。
しかし、ある賦活条件を境としてさらに条件を過酷にしても、比表面積は増加するものの、キャパシタ電極密度の低下を招来し、その結果、静電容量密度(F/cm3)が減少するという問題がある。
Since non-graphitizable carbon materials are rich in reactivity with water vapor, activated carbon having a large specific surface area and pore volume can be easily obtained. A double layer capacitor is obtained.
However, even if the conditions are more severe with certain activation conditions as a boundary, the specific surface area is increased, but the capacitor electrode density is decreased, and as a result, the capacitance density (F / cm 3 ) is decreased. There is.

一方、易黒鉛化性炭素材料である針状生コークス、バルクメソフェーズ、メソフェーズピッチ紡糸繊維などは、炭素六角網目(基底面)が積層した緻密な構造を有する黒鉛類似微結晶体で光学的異方性を示し、黒鉛化し易いソフトカーボンとして分類されている。
この易黒鉛化性炭素材料は、基底面の抗酸化性が強いため、水蒸気をはじめとする賦活ガスとの反応性に乏しいという性質がある。
したがって、易黒鉛化性炭素材料の賦活処理には、主としてカリウム賦活、ナトリウム賦活などのアルカリ賦活法が用いられており、静電容量密度の高い電気二重層キャパシタが得られる(特許文献1:特開2002−25867号公報、特許文献2:特開2003−51430号公報等)。
On the other hand, needle-like raw coke, bulk mesophase, and mesophase pitch spun fibers, which are easily graphitizable carbon materials, are optically anisotropic graphite-like microcrystals with a dense structure in which carbon hexagonal meshes (basic surfaces) are laminated. And is classified as a soft carbon that is easy to graphitize.
This graphitizable carbon material has a property that it has poor reactivity with an activation gas such as water vapor because of its strong anti-oxidation property on the base surface.
Therefore, alkaline activation methods such as potassium activation and sodium activation are mainly used for activation of the graphitizable carbon material, and an electric double layer capacitor having a high capacitance density can be obtained (Patent Document 1: Special). JP 2002-25867, Patent Document 2: JP 2003-51430 A, etc.).

しかし、易黒鉛化性炭素材料をアルカリ賦活法により賦活処理した活性炭は、初期の静電容量密度は高いが、電気二重層キャパシタにした際の耐久性に劣り、充放電を継続すると多量のガスを発生して静電容量が低下するという問題がある。
しかも、メソフェーズピッチ等の易黒鉛化性炭素材料を原料とした場合、高い静電容量密度を有する活性炭を安定的に得ることが難しいことが知られている。
However, activated carbon obtained by activating an easily graphitizable carbon material by the alkali activation method has a high initial capacitance density, but it is inferior in durability when it is made into an electric double layer capacitor, and a large amount of gas is produced when charging and discharging are continued. There is a problem that the electrostatic capacity is reduced due to the generation of.
Moreover, it is known that when an easily graphitizable carbon material such as mesophase pitch is used as a raw material, it is difficult to stably obtain activated carbon having a high capacitance density.

特開2002−25867号公報JP 2002-25867 A 特開2003−51430号公報JP 2003-51430 A 特開平9−180969号公報JP-A-9-180969 J−P. Randin、E. Yeager、「J.Electroanal.Chem.」、1972年、36巻、p.257−276JP. Randin, E .; Yeager, “J. Electronal. Chem.”, 1972, 36, p. 257-276 J−P. Randin、E. Yeager、「J.Electroanal.Chem.」、1975年、58巻、p.313−322JP. Randin, E .; Yeager, “J. Electronal. Chem.”, 1975, 58, p. 313-322

以上のように、電気二重層キャパシタ電極用活性炭製造用の炭素化物として難黒鉛化性炭素材料と易黒鉛化性炭素材料とを用いた場合の特性の差異は、次のような理由によるものと考えられる。まず静電容量密度については、黒鉛類似微結晶の基底面よりもエッジ面が露出している場合の方が、発現する静電容量値が大きくなるという知見(非特許文献1:J.Electroanal.Chem.、1972年、非特許文献2:J.Electroanal.Chem.、1975年)より、黒鉛類似微結晶が存在し、かつアルカリ賦活処理によってそのエッジ面が露出している易黒鉛化性炭素材料を用いた場合の方が、高い容量密度を持つと考えられる(特許文献3:特開平9−180969号公報)。
また、電気二重層キャパシタにした際の耐久性については、次段のアルカリ賦活時の反応性を考慮するために、前段の炭素化工程で十分な炭素化を行っていないことが、ガス化、静電容量低下の原因と考えられる。
As described above, the difference in characteristics when using a non-graphitizable carbon material and an easily graphitizable carbon material as a carbonized product for the production of activated carbon for an electric double layer capacitor electrode is as follows. Conceivable. First, regarding the capacitance density, the knowledge that the capacitance value to be expressed is larger when the edge surface is exposed than the base surface of the graphite-like microcrystal (Non-Patent Document 1: J. Electroanaly. Chem., 1972, Non-Patent Document 2: J. Electroanaly. Chem., 1975), a graphitizable carbon material in which graphite-like microcrystals exist and the edge surface is exposed by an alkali activation treatment. It is considered that the case of using the material has a higher capacity density (Patent Document 3: Japanese Patent Laid-Open No. 9-180969).
In addition, regarding the durability when making an electric double layer capacitor, in order to consider the reactivity at the time of alkali activation of the next stage, it is gasification, This is thought to be the cause of the decrease in capacitance.

これらの知見を踏まえると、高性能電気二重層キャパシタ用活性炭を得るためには、難黒鉛化炭素材料の賦活活性と、易黒鉛化性炭素材料の黒鉛類似微結晶を併せ持つ炭素化物を用いて、エッジ面がより多く露出するような賦活処理を行うことが理想的であると考えられるが、このような活性炭を、安価に、しかも大量かつ安定的に製造し得る方法はこれまでのところ皆無である。   Based on these findings, in order to obtain activated carbon for high performance electric double layer capacitors, using a carbonized material that has both the activation activity of the non-graphitizable carbon material and the graphite-like microcrystal of the graphitizable carbon material, Although it is considered ideal to perform an activation process that exposes more edge surfaces, there is no method that can produce such activated carbon at a low cost and in a stable manner in large quantities. is there.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、キャパシタ電極として用いた場合に、高い静電容量密度と耐久性とを持つ電気二重層キャパシタを与える電極用活性炭の製造に適した炭素化物、および電気二重層キャパシタ電極用活性炭の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is suitable for the production of activated carbon for an electrode that gives an electric double layer capacitor having high capacitance density and durability when used as a capacitor electrode. It aims at providing the manufacturing method of carbonized material and activated carbon for electric double layer capacitor electrodes.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、ピッチ30〜80質量%およびフェノール樹脂20〜70質量%からなる混合物を熱処理してなり、微細異方性組織を有する炭素化物を賦活化してなる活性炭が、高静電容量密度かつ電気伝導性に優れ、これを電気二重層キャパシタの電極材として使用することで、低内部抵抗、高静電容量、かつ高耐久性のキャパシタが得られることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have heat-treated a mixture comprising a pitch of 30 to 80% by mass and a phenol resin of 20 to 70% by mass, and have a fine anisotropic structure. Activated carbon obtained by activating carbonized material has high capacitance density and excellent electrical conductivity. By using this as an electrode material for electric double layer capacitors, low internal resistance, high capacitance, and high durability As a result, the present invention was completed.

すなわち、本発明は、
1. ピッチ30〜80質量%およびフェノール樹脂20〜70質量%からなる混合物を熱処理してなり、微細異方性組織を有することを特徴とする電気二重層キャパシタ電極用活性炭製造用の炭素化物、
2. 前記微細異方性組織の大きさが1〜15μmであるとともに、光学的異方性化率が10〜100%であることを特徴とする1の炭素化物、
3. 前記ピッチが、トルエン不溶成分を40質量%未満含むことを特徴とする1または2の炭素化物、
4. 1〜3のいずれかの炭素化物を賦活化してなることを特徴とする電気二重層キャパシタ電極用活性炭、
5. 4の電気二重層キャパシタ電極用活性炭を含んでなることを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極、
6. 一対の分極性電極と、これら電極間に介在するセパレータと、電解質とを備えて構成されてなり、前記一対の分極性電極の少なくとも一方が、5の電気二重層キャパシタ用電極であることを特徴とする電気二重層キャパシタ、
7. ピッチ30〜80質量%およびフェノール樹脂20〜70質量%からなる混合物を不活性ガス雰囲気下で熱処理して炭素化物を得る炭素化工程と、前記炭素化物を賦活する賦活処理工程と、を備えることを特徴とする電気二重層キャパシタ電極用活性炭の製造方法、
8. 前記混合物が、前記ピッチおよびフェノール樹脂と、これらの両成分を可溶な溶媒とを均一に混合した後、前記溶媒を除去して得られたものであることを特徴とする7の電気二重層キャパシタ電極用活性炭の製造方法、
9. 前記混合物が、前記ピッチと、粒子径74μm以下の前記フェノール樹脂とを機械混合して得られたものであることを特徴とする7の電気二重層キャパシタ用活性炭の製造方法
を提供する。
That is, the present invention
1. A carbonized product for producing activated carbon for an electric double layer capacitor electrode, characterized in that a mixture comprising a pitch of 30 to 80% by mass and a phenol resin of 20 to 70% by mass is heat-treated and has a fine anisotropic structure;
2. 1. The carbonized product according to 1, wherein the fine anisotropic structure has a size of 1 to 15 μm and an optical anisotropy ratio of 10 to 100%.
3. 1 or 2 carbonized product, wherein the pitch contains less than 40% by mass of a toluene-insoluble component;
4). Activated carbon for an electric double layer capacitor electrode, characterized by activating one of the carbonized compounds 1 to 3,
5. An electrode for an electric double layer capacitor comprising the activated carbon for an electric double layer capacitor electrode of 4,
6). A pair of polarizable electrodes, a separator interposed between the electrodes, and an electrolyte, and at least one of the pair of polarizable electrodes is an electrode for 5 electric double layer capacitors Electric double layer capacitor,
7). A carbonization step for obtaining a carbonized product by heat-treating a mixture of 30 to 80% by mass of pitch and 20 to 70% by mass of a phenol resin in an inert gas atmosphere, and an activation treatment step for activating the carbonized product are provided. A method for producing activated carbon for an electric double layer capacitor electrode,
8). 7. The electric double layer according to 7, wherein the mixture is obtained by uniformly mixing the pitch and phenol resin with a solvent in which both of these components are soluble, and then removing the solvent. A method for producing activated carbon for capacitor electrodes,
9. The method for producing activated carbon for an electric double layer capacitor according to 7 is characterized in that the mixture is obtained by mechanically mixing the pitch and the phenol resin having a particle diameter of 74 μm or less.

本発明の微細異方性組織を有する炭素化物は、生まれからフェノール樹脂炭の賦活活性と、タールピッチ炭の黒鉛類似微結晶構造かつエッジ面特性とを有している。したがって、この炭素化物を賦活処理することにより、難黒鉛化性炭素特有の有効細孔容積を有するとともに、易黒鉛化性炭素特有の高密度でエッジ面を有する活性炭へと導くことができる。
また、上記炭素化物は、黒鉛類似微結晶構造を主骨格とするため、これを賦活処理して得られる活性炭は、高密度であり、優れた電気伝導性を有している。その結果、この活性炭を電気二重層キャパシタの電極材として使用することで、内部抵抗が低く、かつ、静電容量値の高いキャパシタを得ることができる。
The carbonized material having a fine anisotropic structure of the present invention has an activation activity of phenol resin charcoal, a graphite-like microcrystalline structure of tarpitch charcoal, and edge surface characteristics. Therefore, by activating this carbonized material, it is possible to lead to activated carbon having an effective pore volume unique to non-graphitizable carbon and a high density and edge surface unique to graphitizable carbon.
In addition, since the carbonized material has a graphite-like microcrystalline structure as a main skeleton, activated carbon obtained by activating the carbonized material has a high density and excellent electrical conductivity. As a result, by using this activated carbon as an electrode material of an electric double layer capacitor, a capacitor having a low internal resistance and a high capacitance value can be obtained.

以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明に係る電気二重層キャパシタ電極用活性炭製造用の炭素化物は、ピッチ30〜80質量%およびフェノール樹脂20〜70質量%からなる混合物を熱処理してなり、微細異方性組織を有することを特徴とする。
本発明におけるピッチとしては、例えば、石炭系等方性ピッチ、石油系等方性ピッチ、これらの混合物を用いることができ、粒体でも溶融体でも制限は無い。中でも、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素溶媒に可溶の成分を多く含むことが好ましく、トルエン不溶成分が40質量%未満、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下のピッチが好適に用いられる。このようなピッチを用いることで、フェノール樹脂との混和性が良くなり、均一な微細異方性組織を形成し易くなる他、ピッチおよびフェノール樹脂を、一旦溶媒に溶かすことが可能となり、均一な混合物を容易に調製することができる。
本発明に使用されるフェノール樹脂としては、レゾール型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、あるいは両者の混合物が使用できる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The carbonized product for producing activated carbon for electric double layer capacitor electrodes according to the present invention is obtained by heat-treating a mixture of pitch 30 to 80% by mass and phenol resin 20 to 70% by mass, and has a fine anisotropic structure. Features.
As the pitch in the present invention, for example, a coal-based isotropic pitch, a petroleum-based isotropic pitch, or a mixture thereof can be used, and there is no limitation on whether it is a granule or a melt. Among them, it is preferable to contain a lot of components soluble in an aromatic hydrocarbon solvent such as benzene, toluene and xylene, and the toluene insoluble component is less than 40% by mass, preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less. Pitch is preferably used. By using such a pitch, the miscibility with the phenol resin is improved, and it becomes easy to form a uniform fine anisotropic structure. In addition, the pitch and the phenol resin can be once dissolved in a solvent. Mixtures can be easily prepared.
As the phenol resin used in the present invention, a resol type phenol resin, a novolac type phenol resin, or a mixture of both can be used.

上記混合物におけるピッチおよびフェノール樹脂の含有量が、上記範囲を外れると、炭素化物において微細異方性組織の形成が不充分となり、得られる活性炭の密度や電気伝導度が低下する虞がある。充分な微細異方性組織を有する炭素化物とするために、ピッチおよびフェノール樹脂の含有量は、ピッチ30〜80質量%、特に40〜80質量%が好ましく、フェノール樹脂20〜70質量%、特に20〜60質量%が好ましい。   If the pitch and phenol resin content in the mixture is out of the above range, the carbonized product is insufficiently formed with a fine anisotropic structure, which may reduce the density and electrical conductivity of the obtained activated carbon. In order to obtain a carbonized product having a sufficient fine anisotropic structure, the content of pitch and phenol resin is preferably 30 to 80% by mass, particularly preferably 40 to 80% by mass, and more preferably 20 to 70% by mass, particularly phenol resin. 20-60 mass% is preferable.

本発明の炭素化物は、微細異方性組織を有するものであり、その組織の大きさは特に限定されるものではないが、1〜15μm、特に1〜10μmであることが好ましい。
微細異方性組織の大きさが、1μm未満であると、黒鉛類似微結晶のエッジ面効果が発現しなくなる可能性があり、一方、15μmを超えると、均一な賦活反応に悪影響を及ぼす可能性がある。なお、微細異方性組織の大きさは、偏光顕微鏡により直交ニコル下で試料を観察した場合における、光学組織による分類法に準拠した測定値である。
The carbonized material of the present invention has a fine anisotropic structure, and the size of the structure is not particularly limited, but is preferably 1 to 15 μm, particularly preferably 1 to 10 μm.
If the size of the fine anisotropic structure is less than 1 μm, the edge surface effect of graphite-like microcrystals may not be exhibited, whereas if it exceeds 15 μm, the uniform activation reaction may be adversely affected. There is. In addition, the magnitude | size of a fine anisotropic structure | tissue is a measured value based on the classification | category method by an optical structure | tissue when a sample is observed under crossed Nicols with a polarizing microscope.

また、本発明の炭素化物は、光学的異方性化率が10〜100%、特に20〜100%であることが好ましい。光学異方性化率が10%未満であると、キャパシタにした際の静電容量密度が小さくなる虞がある。なお、光学的異方性化率とは、偏光顕微鏡により直交ニコル下で炭素化物の写真を撮影し、撮影写真の試料の中における光学的異方性相の面積率(%)を意味する。   Further, the carbonized product of the present invention preferably has an optical anisotropy ratio of 10 to 100%, particularly 20 to 100%. If the optical anisotropy ratio is less than 10%, there is a concern that the capacitance density when the capacitor is formed becomes small. The optical anisotropy ratio means the area ratio (%) of the optically anisotropic phase in the sample of the photograph taken by taking a photograph of the carbonized product under crossed Nicols with a polarizing microscope.

上記ピッチおよびフェノール樹脂の混合物の調製法としては、特に限定されるものではなく、例えば、以下の(1),(2)の手法が挙げられる。
(1)溶媒混合法(湿式)
所定量のピッチおよびフェノール樹脂と、これらの両成分を可溶な溶媒とを均一に混合した後、溶媒を除去して混合物とする方法である。
ピッチおよびフェノール樹脂を可溶な溶媒としては、芳香族炭化水素溶媒、アミン系溶媒、アミド系溶媒、スルホキシド系溶媒、エーテル系溶媒、アルコール系溶媒、含ハロゲン鎖式炭化水素溶媒等から適宜選択して用いることができる。具体的には、例えば、ベンゼン、トルエン、ピリジン、キノリン、アニリン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、クロロホルム、テトラヒドロフラン、エチレングリコール等が挙げられ、これらは1種単独で、または2種以上混合して用いることができる。
The method for preparing the mixture of pitch and phenol resin is not particularly limited, and examples thereof include the following methods (1) and (2).
(1) Solvent mixing method (wet)
This is a method in which a predetermined amount of pitch and phenol resin and a solvent in which both of these components are soluble are uniformly mixed, and then the solvent is removed to form a mixture.
Solvents that are soluble in pitch and phenol resin are appropriately selected from aromatic hydrocarbon solvents, amine solvents, amide solvents, sulfoxide solvents, ether solvents, alcohol solvents, halogen-containing chain hydrocarbon solvents, etc. Can be used. Specific examples include benzene, toluene, pyridine, quinoline, aniline, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, chloroform, tetrahydrofuran, ethylene glycol, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Can do.

上記溶媒の配合量は、ピッチおよびフェノール樹脂が溶解して均一溶液を調製可能な量であれば限定はなく、例えば、ピッチおよびフェノール樹脂の合計100質量部に対して、50質量部以上、特に、100質量部以上とすることができる。なお、ピッチ、フェノール樹脂および溶媒の配合順序は任意である。
溶媒除去法としては、公知の種々の方法から適宜選択して用いればよいが、一般的には減圧下、加熱して溶媒を除去する方法が用いられる。
The blending amount of the solvent is not limited as long as the pitch and the phenolic resin can be dissolved to prepare a uniform solution. For example, 50 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass in total of the pitch and the phenolic resin. , 100 parts by mass or more. In addition, the mixing | blending order of a pitch, a phenol resin, and a solvent is arbitrary.
The solvent removal method may be appropriately selected and used from various known methods. In general, a method of removing the solvent by heating under reduced pressure is used.

(2)機械混合法(乾式)
粉体状、粒体状等のピッチおよびフェノール樹脂を混合した後、機械的に攪拌、粉砕等して混合物とする方法である。
撹拌機や粉砕機としては、公知の装置から適宜選択して用いることができ、例えば、粉体ミキサ、ボールミル、ポットミル、遊星型ボールミル、ジェットミル、攪拌ライ潰機等が挙げられ、これらは1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
この機械混合法に使用されるピッチ、フェノール樹脂の粒子径としては、特に限定されるものではないが、均一な混合物を得るため、ピッチとしては、粒子径180μm以下のものを、フェノール樹脂としては、粒子径74μm以下のもの(JIS標準篩200メッシュ透過品)を使用することが好適である。
なお、粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置マイクロトラックHRA(日機装(株)製)による測定値である。
(2) Mechanical mixing method (dry type)
This is a method of mixing a powdery or granular pitch and a phenol resin, and then mechanically stirring, pulverizing, etc. to obtain a mixture.
As a stirrer and a grinder, it can select suitably from well-known apparatuses, for example, a powder mixer, a ball mill, a pot mill, a planetary ball mill, a jet mill, a stirring rye crusher etc., These are 1 Species can be used alone or in combination of two or more.
The pitch used in this mechanical mixing method and the particle diameter of the phenol resin are not particularly limited, but in order to obtain a uniform mixture, the pitch has a particle diameter of 180 μm or less. It is preferable to use one having a particle size of 74 μm or less (JIS standard sieve 200 mesh permeation product).
The particle diameter is a value measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device Microtrac HRA (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

上記方法によって調製したピッチおよびフェノール樹脂の混合物は、炭素化を行う前に必要に応じてピッチの酸素架橋処理とフェノール樹脂の硬化処理とを行っても良い。
混合物中のピッチを酸素架橋処理する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、大気下等の酸素存在下、100〜180℃で1〜30時間加熱処理する方法を採用することができる。なお、酸素架橋処理は混合物を酸素と接触し易い環境にするように混合物を粉体にしたり、ガス気流下で行ったりすることが好ましい。但し、酸素架橋処理を進め過ぎると光学的異方性相の発達を阻害するために本発明の微細異方性組織を得ることが困難になる場合がある。
The mixture of pitch and phenol resin prepared by the above method may be subjected to pitch oxygen crosslinking treatment and phenol resin curing treatment as necessary before carbonization.
The method for oxygen crosslinking treatment of the pitch in the mixture is not particularly limited, and for example, a method of heat treatment at 100 to 180 ° C. for 1 to 30 hours in the presence of oxygen such as in the air can be employed. . In addition, it is preferable to perform oxygen bridge | crosslinking treatment into a powder or a gas stream so that a mixture may be an environment which is easy to contact oxygen. However, if the oxygen crosslinking treatment is excessively advanced, it may be difficult to obtain the fine anisotropic structure of the present invention because the development of the optically anisotropic phase is inhibited.

混合物中のフェノール樹脂を硬化させる方法としては、特に限定されるものではなく、用いたフェノール樹脂や硬化触媒に応じて適宜選択される。例えば、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下、100〜200℃で1〜10時間加熱処理する方法を採用することができる。   It does not specifically limit as a method to harden the phenol resin in a mixture, According to the used phenol resin and the curing catalyst, it selects suitably. For example, a method of heat treatment at 100 to 200 ° C. for 1 to 10 hours under an inert gas atmosphere such as nitrogen gas can be employed.

上記方法によって調製したピッチおよびフェノール樹脂の混合物を炭素化する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下、550〜1000℃で1〜3時間加熱処理する方法を採用することができる。550℃未満の加熱処理では十分な炭素化処理が行えず、キャパシタにした際のガス化の原因となる虞がある。また1000℃より高い温度での加熱処理は、炭素化処理後の賦活活性が低下する虞がある。なお、加熱処理は、常圧で行ってもよく、500〜1000kPa程度の加圧下で行ってもよい。   The method for carbonizing the mixture of pitch and phenol resin prepared by the above method is not particularly limited. For example, heat treatment is performed at 550 to 1000 ° C. for 1 to 3 hours in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas. The method to do can be adopted. If the heat treatment is less than 550 ° C., sufficient carbonization treatment cannot be performed, which may cause gasification when the capacitor is formed. Further, heat treatment at a temperature higher than 1000 ° C. may reduce the activation activity after the carbonization treatment. Note that the heat treatment may be performed under normal pressure or under a pressure of about 500 to 1000 kPa.

本発明に係る電気二重層キャパシタ電極用活性炭は、上述の微細異方性組織を有する炭素化物を賦活化してなるものである。
賦活化方法としては、ガス賦活法、アルカリ賦活法、またはこれらの併用法のいずれも用いることができる。
ガス賦活処理方法としては、特に限定されるものではなく、使用するガスに応じた公知の手法を適宜採用することができる。水蒸気賦活処理方法の一例を挙げると、例えば、2〜3L/分の窒素ガス流通下、700〜900℃、好ましくは800〜900℃まで、1.5〜5時間、好ましくは2〜4時間で昇温した後、最終到達温度で1〜5時間、好ましくは3〜4時間保持し、窒素ガス共存下で水蒸気処理をする方法がある。
アルカリ賦活処理方法としては、例えば、賦活剤としてKOHを用い、窒素ガス気流下、500〜900℃の保持温度で、1〜10時間保持する方法がある。
The activated carbon for an electric double layer capacitor electrode according to the present invention is obtained by activating the carbonized material having the fine anisotropic structure described above.
As an activation method, any of a gas activation method, an alkali activation method, or a combination of these methods can be used.
The gas activation treatment method is not particularly limited, and a known method according to the gas to be used can be appropriately employed. As an example of the steam activation treatment method, for example, under a nitrogen gas flow of 2 to 3 L / min, 700 to 900 ° C., preferably up to 800 to 900 ° C., 1.5 to 5 hours, preferably 2 to 4 hours. After raising the temperature, there is a method in which the final temperature is maintained for 1 to 5 hours, preferably 3 to 4 hours, and steam treatment is performed in the presence of nitrogen gas.
As an alkali activation treatment method, for example, there is a method of using KOH as an activator and holding it at a holding temperature of 500 to 900 ° C. under a nitrogen gas stream for 1 to 10 hours.

本発明の活性炭は、賦活前段階の炭素化物について、ピッチとフェノール樹脂との配合比、微細異方性組織の大きさ、光学的異方性化率を適宜変えることによって、賦活活性を変化させ、賦活処理後の比表面積、細孔容積、ピーク細孔直径等の活性炭の物性を制御することが可能である。
以下に好ましい活性炭の物性を列挙すると、BET比表面積500〜2500m2/g、全細孔容積0.3〜1.5mL/g、MP法によるミクロ孔のピーク細孔直径が0.8〜1.8nmである。
The activated carbon of the present invention changes the activation activity by appropriately changing the compounding ratio of pitch and phenol resin, the size of the fine anisotropic structure, and the optical anisotropy ratio for the carbonized product in the pre-activation stage. It is possible to control the physical properties of the activated carbon such as the specific surface area, pore volume and peak pore diameter after the activation treatment.
Preferred physical properties of the activated carbon are listed below: BET specific surface area 500-2500 m 2 / g, total pore volume 0.3-1.5 mL / g, peak pore diameter of micropores by MP method is 0.8-1 .8 nm.

ここで、BET比表面積が500m2/g未満であると、キャパシタ電極材として用いた場合に充分な静電容量が得られない虞があり、2500m2/gを超えると、得られるキャパシタの電極密度が低下する虞がある。これらのことを考慮すると、より好ましいBET比表面積の範囲は、700〜2100m2/g、特に、900〜2000m2/gである。
全細孔容積が0.3mL/g未満であると、充分な静電容量を得ることができない虞があり、一方、1.5mL/gを超えると、メソ孔やマクロ孔が増大して得られたキャパシタの電極密度が低下する結果、容積あたりの静電容量が低減する虞がある。
MP法によるミクロ孔のピーク細孔直径が0.8nm未満であると、キャパシタの大電流充放電特性や低温特性が悪くなる虞があり、1.8nmを超えるとメソ孔やマクロ孔が増大し、得られたキャパシタの電極密度が低下する結果、容積あたりの静電容量が低減する虞がある。また電気二重層キャパシタのエネルギー密度を重視する目的で、黒鉛類似微結晶が発達し、比表面積や細孔容積の小さい微多孔活性炭を製造する場合にも、従来の活性炭では充電により電極の膨張が発生し、劣化や電極の破壊等が生じる可能性があるが、本発明の活性炭は、部分的に難黒鉛化炭素構造を持っているために膨張を抑制できる。
Here, if the BET specific surface area is less than 500 m 2 / g, there is a concern that sufficient capacitance may not be obtained when used as a capacitor electrode material. If the BET specific surface area exceeds 2500 m 2 / g, the obtained capacitor electrode There is a possibility that the density is lowered. Considering these facts, a more preferable range of the BET specific surface area is 700 to 2100 m 2 / g, particularly 900 to 2000 m 2 / g.
If the total pore volume is less than 0.3 mL / g, sufficient capacitance may not be obtained. On the other hand, if it exceeds 1.5 mL / g, mesopores and macropores increase. As a result of the electrode density of the capacitor being reduced, the capacitance per volume may be reduced.
If the peak pore diameter of the micropores by the MP method is less than 0.8 nm, the large current charge / discharge characteristics and low temperature characteristics of the capacitor may be deteriorated, and if it exceeds 1.8 nm, mesopores and macropores increase. As a result of the electrode density of the obtained capacitor being lowered, the capacitance per volume may be reduced. In addition, for the purpose of placing importance on the energy density of electric double layer capacitors, graphite-like microcrystals have developed, and even when producing microporous activated carbon with a small specific surface area and small pore volume, the conventional activated carbon does not expand due to charging. However, since the activated carbon of the present invention partially has a non-graphitizable carbon structure, it can suppress expansion.

以上のような微細異方性組織を有する炭素化物を賦活化してなる活性炭は、難黒鉛化性炭素特有の有効細孔容積を有するとともに、易黒鉛化性炭素特有の高密度かつエッジ面を有するものである。このため、この活性炭を、電気二重層キャパシタの電極材として用いることで、静電容量および電極密度に優れたキャパシタを得ることができる。
電気二重層キャパシタ電極材とする場合、上述した本発明の活性炭を主成分とし、さらにこの活性炭にバインダーポリマーおよび必要に応じて導電材を配合してなる電極組成物を集電体上に塗布してなるものを用いることができる。
この場合、バインダーポリマー、導電材、集電体としては、特に限定されるものではなく、公知のものから適宜選択して用いればよい。
Activated carbon obtained by activating the carbonized material having the fine anisotropic structure as described above has an effective pore volume unique to non-graphitizable carbon, and has a high density and edge surface unique to graphitizable carbon. Is. For this reason, a capacitor excellent in electrostatic capacity and electrode density can be obtained by using the activated carbon as an electrode material of an electric double layer capacitor.
In the case of an electric double layer capacitor electrode material, an electrode composition comprising the above-mentioned activated carbon of the present invention as a main component and further blended with this activated carbon with a binder polymer and, if necessary, a conductive material, is applied onto a current collector. Can be used.
In this case, the binder polymer, the conductive material, and the current collector are not particularly limited, and may be appropriately selected from known ones.

バインダーポリマーとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン共重合体架橋ポリマー等のフッ素樹脂、カルボキシメチルセルロース等の多糖類、スチレンブタジエン共重合体等のラテックス、ポリイミド、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂等を用いることができる。
バインダーポリマーの添加量は、例えば、活性炭100質量部に対して0.5〜20質量部とすることができ、好ましくは1〜10質量部である。
Examples of the binder polymer include fluorine resins such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, and fluoroolefin copolymer cross-linked polymers, polysaccharides such as carboxymethyl cellulose, latex such as styrene butadiene copolymer, polyimide, and phenol resin. A thermosetting resin or the like can be used.
The addition amount of a binder polymer can be 0.5-20 mass parts with respect to 100 mass parts of activated carbon, for example, Preferably it is 1-10 mass parts.

必要に応じて添加される導電材としては、例えば、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンウイスカー、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、(酸化)チタン、酸化ルテニウム、アルミニウム,ニッケル等の金属ファイバなどが挙げられ、これらの1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
導電材の添加量は、例えば、活性炭100質量部に対して0.1〜20質量部とすることができ、好ましくは0.5〜10質量部である。
Examples of the conductive material added as necessary include carbon black, ketjen black, acetylene black, carbon whisker, carbon fiber, natural graphite, artificial graphite, (oxide) titanium, ruthenium oxide, aluminum, nickel, and other metals. A fiber etc. are mentioned, These 1 type can be used individually or in combination of 2 or more types.
The amount of the conductive material added can be, for example, 0.1 to 20 parts by mass, preferably 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the activated carbon.

なお、電極組成物の調製法には、特に限定はなく、例えば、活性炭、バインダーポリマーおよび必要に応じて添加される導電材を溶液状に調製することもでき、またこの溶液に必要に応じて溶媒を添加して調製することもできる。
このようにして得られた電極組成物を集電体上に塗布することにより、電極を得ることができる。塗布の方法は、特に限定されず、ドクターブレード、エアナイフ等の公知の塗布法を適宜採用すればよい。
正極集電体としては、アルミニウム箔または酸化アルミニウム箔を用いることが好ましく、一方、負極集電体としては、アルミニウム箔、酸化アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔または表面が銅めっき膜もしくはニッケルめっき膜にて形成された金属箔等を用いることが好ましい。
In addition, there is no limitation in particular in the preparation method of an electrode composition, For example, activated carbon, a binder polymer, and the electrically conductive material added as needed can also be prepared in a solution form, Moreover, as needed to this solution It can also be prepared by adding a solvent.
An electrode can be obtained by applying the electrode composition thus obtained onto a current collector. The application method is not particularly limited, and a known application method such as a doctor blade or an air knife may be appropriately employed.
As the positive electrode current collector, an aluminum foil or an aluminum oxide foil is preferably used. On the other hand, as the negative electrode current collector, an aluminum foil, an aluminum oxide foil, a copper foil, a nickel foil, or a surface thereof is a copper plating film or a nickel plating film. It is preferable to use a metal foil or the like formed by

上記各集電体を構成する箔の形状としては、薄い箔状、平面に広がったシート状、孔が形成されたスタンパブルシート状等を採用できる。また、箔の厚さとしては、通常、1〜200μm程度であるが、電極全体に占める活性炭の密度および電極の強度等を考慮すると、8〜100μmが好ましく、特に8〜30μmがより好ましい。
なお、電極は、電極組成物を溶融混練した後、押出し、フィルム成形することにより形成することもできる。
As the shape of the foil constituting each of the current collectors, a thin foil shape, a sheet shape spread on a plane, a stampable sheet shape with holes formed, or the like can be adopted. The thickness of the foil is usually about 1 to 200 μm, but considering the density of the activated carbon in the entire electrode, the strength of the electrode, etc., 8 to 100 μm is preferable, and 8 to 30 μm is particularly preferable.
The electrode can also be formed by melt-kneading the electrode composition and then extruding and film-forming.

本発明に係る電気二重層キャパシタは、一対の分極性電極と、これら電極間に介在するセパレータと、電解質とを備えて構成されてなり、一対の分極性電極の少なくとも一方に上記のようにして得られる電極を用いてなるものである。この場合、電極以外のその他のキャパシタ構成部材としては、公知の部材から適宜選択して採用すればよい。
その製造方法の一例を挙げると、上記のようにして得られる一対の電極間に、必要に応じてセパレータを介在させてなる電気二重層キャパシタ構造体を積層、折畳、または捲回し、これを電池缶またはラミネートパック等の電池容器に収容した後、電解液を充填し、電池缶であれば封缶することにより、一方、ラミネートパックであればヒートシールすること等により、組み立てる方法があるが、これに限定されるものではなく、キャパシタ構成部材の種類により適宜な手法を用いればよい。
The electric double layer capacitor according to the present invention comprises a pair of polarizable electrodes, a separator interposed between the electrodes, and an electrolyte, and at least one of the pair of polarizable electrodes is configured as described above. The obtained electrode is used. In this case, other capacitor components other than the electrodes may be appropriately selected from known members.
As an example of the manufacturing method, an electric double layer capacitor structure having a separator interposed between the pair of electrodes obtained as described above is laminated, folded, or wound as necessary. After being housed in a battery container such as a battery can or a laminate pack, there is a method of assembling by filling the electrolyte, sealing the battery can, and heat sealing the laminate pack. However, the present invention is not limited to this, and an appropriate method may be used depending on the type of capacitor constituent member.

本発明の電気二重層キャパシタは、携帯電話、ノート型パソコンや携帯用端末等のメモリーバックアップ電源用途、携帯電話、携帯用音響機器等の電源、パソコン等の瞬時停電対策用電源、太陽光発電、風力発電等と組み合わせることによるロードレベリング電源等の種々の小電流用蓄電デバイスに好適に使用することができる。また、大電流で充放電可能な電気二重層キャパシタは、電気自動車、電動工具等の大電流を必要とする大電流蓄電デバイスとして好適に使用することができる。   The electric double layer capacitor of the present invention is a memory backup power source for mobile phones, notebook computers and portable terminals, power sources for mobile phones and portable audio equipment, power supplies for instantaneous power failures such as personal computers, solar power generation, It can be suitably used for various low current power storage devices such as a load leveling power source by combining with wind power generation. An electric double layer capacitor that can be charged and discharged with a large current can be suitably used as a large current storage device that requires a large current, such as an electric vehicle or a power tool.

以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。
なお、以下において、粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置マイクロトラックHRA(日機装(株)製)による測定値である。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to the following Example.
In the following, the particle diameter is a value measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device Microtrac HRA (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

〈電気二重層キャパシタ電極用活性炭の製造〉
[実施例1]
[1]混合物の調製
石炭系等方性タールピッチ(AD−PC、旧アドケムコ製、軟化点110℃、固定炭素分60質量%、トルエン不溶分20質量%、キノリン不溶分3質量%、灰分0.1質量%)の粉末(粒径180μm以下)80gと、レゾール型フェノール樹脂粉末(レヂトップマリリンHF−020、群栄化学工業(株)製、粒子径10〜30μm)20gを500ml三口フラスコに入れ、これらに溶媒であるピリジン150gを加えて室温で30分間攪拌した。次にフラスコを油浴中で50℃に昇温し、2時間攪拌混合処理することで均一溶解混合組成物を得た。この均一溶解混合組成物から、減圧下60℃で32時間かけてピリジンを除去し、均一混合組成物を得た。
<Manufacture of activated carbon for electric double layer capacitor electrode>
[Example 1]
[1] Preparation of mixture Coal-based isotropic tar pitch (AD-PC, formerly Adchemco, softening point 110 ° C., fixed carbon content 60% by mass, toluene insoluble content 20% by mass, quinoline insoluble content 3% by mass, ash content 0 .1 mass%) powder (particle size 180 μm or less) 80 g and resol type phenolic resin powder (Resitop Marilyn HF-020, Gunei Chemical Industry Co., Ltd., particle size 10-30 μm) 20 g 500 ml three-neck flask Then, 150 g of pyridine as a solvent was added thereto and stirred at room temperature for 30 minutes. Next, the flask was heated to 50 ° C. in an oil bath, and stirred and mixed for 2 hours to obtain a uniformly dissolved mixed composition. From this homogeneously dissolved mixed composition, pyridine was removed under reduced pressure at 60 ° C. for 32 hours to obtain a uniform mixed composition.

[2]炭素化工程
得られた均一混合組成物を、金属製トレイに薄く敷いて空気雰囲気下、乾燥機(恒温度オーブンDN610H、ヤマト科学(株)製)にて120℃で5時間、続いて窒素雰囲気下、200℃で5時間、熱硬化処理を施した。
熱硬化処理物を黒鉛ボートに入れ、さらに小型ガラス管式管状炉(TK−30N、星和理工(株)製)の均熱部に上記黒鉛ボートを設置し、窒素ガス流通下(2L/分)、600℃まで6時間かけて昇温し、この温度で2時間保持した。冷却後、黒鉛ボートから炭素化物を回収し、炭素化収率を求めた。
得られた炭素化物の一部を採取し、偏光顕微鏡(DMLM型、ライカ社製)による組織観察を行った。光学的異方性化率は、顕微鏡写真を画像処理し、画面中に占める光学的異方性相の面積率を算出した。顕微鏡写真を図1に、微細異方性組織の大きさおよび光学的異方性化率を表1に示す。
残りの炭素化物を、卓上型ボールミル(V−1M、(株)入江商会製)にて74μm以下に粉砕した後、さらに遊星型ボールミル(07.301型、Fritsch社製)にて3分間の粉砕処理を行い賦活処理用試料を得た。
[2] Carbonization step The obtained uniform mixed composition is spread on a metal tray thinly, and is dried in an air atmosphere at 120 ° C. for 5 hours in a dryer (constant temperature oven DN610H, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.). Then, thermosetting treatment was performed at 200 ° C. for 5 hours in a nitrogen atmosphere.
The heat-cured product is placed in a graphite boat, and the graphite boat is installed in the soaking part of a small glass tube tubular furnace (TK-30N, manufactured by Seiwa Riko Co., Ltd.) under nitrogen gas flow (2 L / min) ), Heated up to 600 ° C. over 6 hours and held at this temperature for 2 hours. After cooling, the carbonized product was recovered from the graphite boat and the carbonization yield was determined.
A part of the obtained carbonized product was collected, and the structure was observed with a polarizing microscope (DMLM type, manufactured by Leica). For the optical anisotropy rate, the micrograph was subjected to image processing, and the area ratio of the optically anisotropic phase in the screen was calculated. The micrograph is shown in FIG. 1, and the size of the fine anisotropic structure and the optical anisotropy ratio are shown in Table 1.
The remaining carbonized product was pulverized to 74 μm or less with a desktop ball mill (V-1M, manufactured by Irie Shokai Co., Ltd.), and further pulverized with a planetary ball mill (07.301 type, manufactured by Fritsch) for 3 minutes. The sample for activation processing was obtained by processing.

[3]賦活処理工程
炭素化物の粉砕処理物40gを、ガラス管式小型管状炉(TK−30N、星和理工(株)製)に投入し、窒素ガス流通下(2L/分)、900℃まで4時間で昇温した後、窒素導入管を水蒸気発生装置に繋ぎ換え、窒素共存下、上記温度で3.5時間水蒸気処理を行った。なお、水蒸気導入量は4.2g/g・hrであった。水蒸気処理後、再度窒素導入管に繋ぎ換え、室温まで冷却後、乾燥して活性炭を得た。
得られた活性炭について、窒素吸着により、BET比表面積、全細孔容積、ミクロ孔ピーク細孔直径を測定した結果を表1に示す。
[3] Activation treatment step 40 g of the carbonized product pulverized product is put into a glass tube type small tubular furnace (TK-30N, manufactured by Hoshiwa Riko Co., Ltd.), under a nitrogen gas flow (2 L / min), 900 ° C. After raising the temperature in 4 hours, the nitrogen introduction tube was connected to a steam generator, and steam treatment was performed at the above temperature for 3.5 hours in the presence of nitrogen. The amount of steam introduced was 4.2 g / g · hr. After the steam treatment, it was connected again to a nitrogen introduction tube, cooled to room temperature, and dried to obtain activated carbon.
Table 1 shows the results obtained by measuring the BET specific surface area, the total pore volume, and the micropore peak pore diameter for the obtained activated carbon by nitrogen adsorption.

[実施例2]
混合物を以下の手法により調製した以外は、実施例1と同様にして活性炭を得た。得られた炭素化物について顕微鏡写真を図2に、微細異方製組織の大きさおよび光学的異方性化率、並びに活性炭について実施例1と同様の物性を測定した結果を表1に示す。
[1]混合物の調製
石炭系等方性タールピッチ粉末70gと、レゾール型フェノール樹脂粉末30gとを、卓上型ボールミルのポットに投入し、150rpmで3時間回転処理を行った。その後、
遊星型ボールミルにて3分間の処理を行い、混合物を得た。
[Example 2]
Activated carbon was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixture was prepared by the following method. FIG. 2 shows a micrograph of the obtained carbonized product, and Table 1 shows the results of measuring the size and optical anisotropy ratio of the fine anisotropic structure and the same physical properties as in Example 1 for activated carbon.
[1] Preparation of mixture 70 g of coal-based isotropic tar pitch powder and 30 g of resol type phenol resin powder were put in a pot of a desktop ball mill and subjected to a rotation treatment at 150 rpm for 3 hours. afterwards,
The mixture was obtained by performing a treatment for 3 minutes in a planetary ball mill.

[実施例3]
石炭系等方性タールピッチ粉末を60g、レゾール型フェノール樹脂粉末を40g用いた以外は、実施例1と同様にして活性炭を得た。得られた炭素化物について顕微鏡写真を図3に、微細異方製組織の大きさおよび光学的異方性化率、並びに活性炭について実施例1と同様の物性を測定した結果を表1に示す。
[Example 3]
Activated carbon was obtained in the same manner as in Example 1 except that 60 g of coal-based isotropic tar pitch powder and 40 g of resol type phenol resin powder were used. A microphotograph of the obtained carbonized product is shown in FIG. 3, and the size and optical anisotropy ratio of the fine anisotropically manufactured structure, and the results of measuring the same physical properties as in Example 1 for activated carbon are shown in Table 1.

[実施例4]
石炭系等方性タールピッチ粉末を60g、レゾール型フェノール樹脂粉末を40g用いた以外は、実施例2と同様にして活性炭を得た。得られた炭素化物について顕微鏡写真を図4に、微細異方製組織の大きさおよび光学的異方性化率、並びに活性炭について実施例1と同様の物性を測定した結果を表1に示す。
[Example 4]
Activated carbon was obtained in the same manner as in Example 2 except that 60 g of coal-based isotropic tar pitch powder and 40 g of resol type phenol resin powder were used. FIG. 4 shows a micrograph of the obtained carbonized product, and Table 1 shows the results of measuring the size of the fine anisotropic structure, the optical anisotropy rate, and the same physical properties as in Example 1 for the activated carbon.

[実施例5]
石炭系等方性タールピッチ粉末を40g、ノボラック型フェノール樹脂粉末(ショウノールBRP−510F、昭和高分子(株)製、粒子径10〜40μm)を60g用い、水蒸気賦活処理時間を4時間とした以外は、実施例1と同様にして活性炭を得た。得られた炭素化物について顕微鏡写真を図5に、微細異方製組織の大きさおよび光学的異方性化率、並びに活性炭について実施例1と同様の物性を測定した結果を表1に示す。
[Example 5]
40 g of coal-based isotropic tar pitch powder, 60 g of novolak-type phenol resin powder (Shonol BRP-510F, Showa Polymer Co., Ltd., particle size 10 to 40 μm) were used, and the steam activation treatment time was 4 hours. Except that, activated carbon was obtained in the same manner as in Example 1. FIG. 5 shows a micrograph of the obtained carbonized product, and Table 1 shows the results of measuring the size of the fine anisotropic structure and the optical anisotropy rate, and the same physical properties as in Example 1 for the activated carbon.

[比較例1]
石炭系等方性タールピッチ粉末100gを黒鉛ボートに入れ、さらに小型ガラス管式管状炉の均熱部に上記黒鉛ボートを設置し、窒素ガス流通下(2L/分)、600℃まで6時間かけて昇温し、この温度で2時間保持した。冷却後、黒鉛ボートから炭素化物を回収し、炭素化収率を求めた。
得られた炭素化物を、実施例1と同様の粉砕処理をした後、ガラス管式小型管状炉に投入し、窒素ガス流通下(2L/分)、900℃まで2時間で昇温した後、窒素導入管を水蒸気発生装置に繋ぎ換え、窒素共存下、上記温度で3時間水蒸気処理を行った。なお、水蒸気導入量は4.2g/g・hrであった。水蒸気処理後、再度窒素導入管に繋ぎ換え、室温まで冷却後、乾燥して活性炭を得た。得られた炭素化物について顕微鏡写真を図6に、微細異方製組織の大きさおよび光学的異方性化率、並びに活性炭について実施例1と同様の物性を測定した結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
100 g of coal-based isotropic tar pitch powder is put into a graphite boat, and the graphite boat is installed in the soaking part of a small glass tube tubular furnace. Under nitrogen gas flow (2 L / min), it takes 6 hours to 600 ° C. The temperature was raised and maintained at this temperature for 2 hours. After cooling, the carbonized product was recovered from the graphite boat and the carbonization yield was determined.
The obtained carbonized product was pulverized in the same manner as in Example 1, then charged into a glass tube type small tubular furnace and heated to 900 ° C. in 2 hours under a nitrogen gas flow (2 L / min), The nitrogen inlet tube was connected to a steam generator, and steam treatment was performed at the above temperature for 3 hours in the presence of nitrogen. The amount of steam introduced was 4.2 g / g · hr. After the steam treatment, it was connected again to a nitrogen introduction tube, cooled to room temperature, and dried to obtain activated carbon. FIG. 6 shows a micrograph of the obtained carbonized product, and Table 1 shows the results of measuring the size and optical anisotropy ratio of the fine anisotropic structure and the physical properties similar to those of Example 1 for activated carbon.

Figure 2006151699
Figure 2006151699

〈電気二重層キャパシタの作製〉
[実施例6〜10、比較例2]
上記各活性炭、導電材(デンカブラック HS100、電気化学工業(株)製)、および結着剤(poly(vinylidene fluoride)、アルドリッチ社製)を、活性炭:導電材:結着剤=90:5:5の配合比(質量比)で混合して得られた充填物質と、N−メチル−2−ピロリドン(以下NMPという、ゴードー溶剤工業(株)製)を、充填物質:NMP=100:212.5(質量比)の割合で混合した電極スラリーを調製した。
この電極スラリーを、Al/AlOXシート(30CB、日本蓄電器工業(株)製)の片面上に、乾燥後の塗布厚が0.070mmになるように塗布後、乾燥(80℃)、圧延(充填密度、約0.6g/cm3)して電極シートを得た。その後、電極シートを打ち抜き機でφ12mmに打ち抜き、120℃で2時間減圧乾燥し、試験電極とした。
続いて、二極式コインセルを用い、上記試験電極2枚をセルロース系セパレータ(TF40−35、日本高度紙工業(株)製)を介してコインセルに組み立て、電解質として、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムテトラフルオロボレート(関東化学(株)製)の1mol/Lプロピレンカーボネート(関東化学(株)製)溶液を用いて各実施例および比較例キャパシタセルを作製した。
<Production of electric double layer capacitor>
[Examples 6 to 10, Comparative Example 2]
Each activated carbon, conductive material (Denka Black HS100, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), and binder (poly (vinylidene fluoride), manufactured by Aldrich) were used as activated carbon: conductive material: binder = 90: 5: 5 and a N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as NMP, manufactured by Gordo Solvent Industry Co., Ltd.), and the packing material: NMP = 100: 212. An electrode slurry mixed at a ratio of 5 (mass ratio) was prepared.
This electrode slurry was applied on one side of an Al / AlO X sheet (30CB, manufactured by Nippon Electric Power Industry Co., Ltd.) so that the coating thickness after drying was 0.070 mm, then dried (80 ° C.), rolled ( An electrode sheet was obtained with a packing density of about 0.6 g / cm 3 . Thereafter, the electrode sheet was punched to φ12 mm with a punching machine and dried under reduced pressure at 120 ° C. for 2 hours to obtain a test electrode.
Subsequently, using a bipolar coin cell, the two test electrodes were assembled into a coin cell via a cellulose separator (TF40-35, manufactured by Nippon Kogyo Paper Industries Co., Ltd.), and N, N-diethyl-N was used as an electrolyte. Each Example and Comparative Example capacitor cell was prepared using a 1 mol / L propylene carbonate (Kanto Chemical Co., Ltd.) solution of -methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium tetrafluoroborate (Kanto Chemical Co., Ltd.). Produced.

上記実施例6〜10および比較例2で得られたキャパシタセルについて、下記手法により、静電容量、内部抵抗および電極密度を測定した。結果を表2に示す。
[1]静電容量
上記各キャパシタセルについて、充放電システム(1005SM8、北斗電工(株)製)で充放電することにより、評価した。
評価方法は、初期容量確認試験として、室温環境において電流密度0.88mA/cm2、設定電圧2.50V、定電圧時間15分(終止条件)で充電し、電流密度0.88mA/cm2、終止電圧0.0Vで放電した。
[2]電極密度
上記各キャパシタセルについて、質量、厚みを測定し、得られた値から電極密度を算出した。算出は、両極の総質量(Al/AlOxシートの質量は含まない)を、φ12mmに打ち抜いた電極の体積(Al/AlOxシートの厚みは含まない)で除すことにより、行った。
[3]内部抵抗
充電開始時から全放電時間における25%時の近似曲線のy切片と、定格仕様電圧の電圧差を基準電流で除算して算出した。
For the capacitor cells obtained in Examples 6 to 10 and Comparative Example 2, the capacitance, internal resistance, and electrode density were measured by the following methods. The results are shown in Table 2.
[1] Capacitance Each capacitor cell was evaluated by charging / discharging with a charge / discharge system (1005SM8, manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.).
As an initial capacity confirmation test, a current density of 0.88 mA / cm 2 in a room temperature environment, a setting voltage of 2.50 V, a constant voltage time of 15 minutes (end condition), and a current density of 0.88 mA / cm 2 The battery was discharged at a final voltage of 0.0V.
[2] Electrode density About each said capacitor cell, mass and thickness were measured and the electrode density was computed from the obtained value. The calculation was performed by dividing the total mass of both electrodes (not including the mass of the Al / AlO x sheet) by the volume of the electrode punched to φ12 mm (not including the thickness of the Al / AlO x sheet).
[3] Internal resistance It was calculated by dividing the voltage difference between the y-intercept of the approximate curve at 25% of the total discharge time from the start of charging and the rated specification voltage by the reference current.

Figure 2006151699
Figure 2006151699

表2に示されるように、実施例1〜5の活性炭を用いた実施例6〜10のキャパシタセルでは、静電容量、内部抵抗および電極密度のいずれにおいても、比較例1の活性炭を用いたキャパシタよりも優れていることがわかる。   As shown in Table 2, in the capacitor cells of Examples 6 to 10 using the activated carbons of Examples 1 to 5, the activated carbon of Comparative Example 1 was used in any of capacitance, internal resistance, and electrode density. It turns out that it is superior to a capacitor.

実施例1で得られた炭素化物の顕微鏡写真を示す図である。2 is a diagram showing a micrograph of the carbonized product obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られた炭素化物の顕微鏡写真を示す図である。3 is a diagram showing a micrograph of the carbonized product obtained in Example 2. FIG. 実施例3で得られた炭素化物の顕微鏡写真を示す図である。6 is a view showing a micrograph of a carbonized product obtained in Example 3. FIG. 実施例4で得られた炭素化物の顕微鏡写真を示す図である。It is a figure which shows the microscope picture of the carbonized material obtained in Example 4. 実施例5で得られた炭素化物の顕微鏡写真を示す図である。It is a figure which shows the microscope picture of the carbonized material obtained in Example 5. 比較例1で得られた炭素化物の顕微鏡写真を示す図である。It is a figure which shows the microscope picture of the carbonized material obtained by the comparative example 1.

Claims (9)

ピッチ30〜80質量%およびフェノール樹脂20〜70質量%からなる混合物を熱処理してなり、微細異方性組織を有することを特徴とする電気二重層キャパシタ電極用活性炭製造用の炭素化物。   A carbonized product for producing activated carbon for an electric double layer capacitor electrode, comprising a heat treatment of a mixture comprising a pitch of 30 to 80% by mass and a phenol resin of 20 to 70% by mass and having a fine anisotropic structure. 前記微細異方性組織の大きさが1〜15μmであるとともに、光学的異方性化率が10〜100%であることを特徴とする請求項1記載の炭素化物。   The carbonized material according to claim 1, wherein the fine anisotropic structure has a size of 1 to 15 µm and an optical anisotropy ratio of 10 to 100%. 前記ピッチが、トルエン不溶成分を40質量%未満含むことを特徴とする請求項1または2記載の炭素化物。   The carbonized product according to claim 1 or 2, wherein the pitch contains less than 40% by mass of a toluene-insoluble component. 請求項1〜3のいずれかの炭素化物を賦活化してなることを特徴とする電気二重層キャパシタ電極用活性炭。   An activated carbon for an electric double layer capacitor electrode, wherein the carbonized product according to claim 1 is activated. 請求項4記載の電気二重層キャパシタ電極用活性炭を含んでなることを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極。   An electrode for an electric double layer capacitor comprising the activated carbon for an electric double layer capacitor electrode according to claim 4. 一対の分極性電極と、これら電極間に介在するセパレータと、電解質とを備えて構成されてなり、前記一対の分極性電極の少なくとも一方が、請求項5記載の電気二重層キャパシタ用電極であることを特徴とする電気二重層キャパシタ。   The electric double layer capacitor electrode according to claim 5, comprising a pair of polarizable electrodes, a separator interposed between the electrodes, and an electrolyte, wherein at least one of the pair of polarizable electrodes is an electrode for an electric double layer capacitor according to claim 5. An electric double layer capacitor characterized by that. ピッチ30〜80質量%およびフェノール樹脂20〜70質量%からなる混合物を不活性ガス雰囲気下で熱処理して炭素化物を得る炭素化工程と、前記炭素化物を賦活する賦活処理工程と、を備えることを特徴とする電気二重層キャパシタ電極用活性炭の製造方法。   A carbonization step for obtaining a carbonized product by heat-treating a mixture of 30 to 80% by mass of pitch and 20 to 70% by mass of a phenol resin in an inert gas atmosphere, and an activation treatment step for activating the carbonized product are provided. A method for producing activated carbon for an electric double layer capacitor electrode. 前記混合物が、前記ピッチおよびフェノール樹脂と、これらの両成分を可溶な溶媒とを均一に混合した後、前記溶媒を除去して得られたものであることを特徴とする請求項7記載の電気二重層キャパシタ電極用活性炭の製造方法。   8. The mixture according to claim 7, wherein the mixture is obtained by uniformly mixing the pitch and phenol resin and a solvent in which both of these components are soluble, and then removing the solvent. A method for producing activated carbon for an electric double layer capacitor electrode. 前記混合物が、前記ピッチと、粒子径74μm以下の前記フェノール樹脂とを機械混合して得られたものであることを特徴とする請求項7記載の電気二重層キャパシタ用活性炭の製造方法。
The method for producing activated carbon for an electric double layer capacitor according to claim 7, wherein the mixture is obtained by mechanically mixing the pitch and the phenol resin having a particle diameter of 74 µm or less.
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