JP7061107B2 - 炭素質材料およびその製造方法 - Google Patents
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Description
[1]BET法による比表面積が1800~3000m2/gであり、水素元素の含有量が0.42質量%以下であり、酸素元素の含有量が1.5質量%以下である、植物由来の炭素質材料。
[2]カリウム元素の含有量が500ppm以下である、前記[1]に記載の炭素質材料。
[3]鉄元素の含有量が200ppm以下である、前記[1]または[2]に記載の炭素質材料。
[4]平均粒子径100~10000μm、BET法による比表面積1600~3000m2/gの植物由来の活性炭を、ハロゲン化合物を含む不活性ガス雰囲気中で500℃~1250℃で熱処理して炭素質材料を得る気相脱灰工程を含む、前記[1]~[3]のいずれかに記載の炭素質材料の製造方法。
[5]平均粒子径100~10000μm、BET法による比表面積1600~3000m2/gの植物由来の活性炭にアルカリ金属水酸化物を添着する工程、および、前記工程により得られたアルカリ金属水酸化物添着活性炭を、ハロゲン化合物を含む不活性ガス雰囲気中、500℃~1250℃で熱処理して炭素質材料を得る、気相脱灰工程を含む、前記[1]~[3]のいずれかに記載の炭素質材料の製造方法。
本発明の炭素質材料のBET法による比表面積(「BET比表面積」ともいう)は、1800m2/g以上であり、1800m2/gより大きいことが好ましく、1850m2/g以上がより好ましく、1900m2/g以上がさらに好ましく、特に好ましくは2000m2/g以上、時に2000m2/gより大きいことが好ましく、また3000m2/g以下であり、2800m2/g以下が好ましい。BET比表面積が3000m2/gを超えると、炭素質材料の機械的強度が大きく低下することがある。BET比表面積が1800m2/g未満であると、該炭素質材料を導電材として電極に用いた電池において、電解液の分解生成物による細孔閉塞が起きやすくなるため、初期段階では低く抑えられていた抵抗が経時的に上昇する傾向にあり、その低い抵抗を長期(例えば、好ましくは3.3V駆動EDLCにおいて200時間以上)に亘って維持することは難しい。なお、本発明において、BET比表面積は窒素吸着法により算出することができ、例えば実施例に記載の方法により算出することができる。
本発明の炭素質材料の平均粒子径(Dv50)は、用途等に応じて適宜決定すればよいが、各種電池デバイスの極材や導電材等として用いる場合には、好ましくは2~30μmである。平均粒子径が2μm以上であると、微粉の増加による電極作成時のペーストの増粘を抑えることができ、電極作成効率の低下を抑制することができる。また、得られた炭素質材料を用いて電極を製造した場合には、炭素質材料の間に十分な大きさの空隙を形成することができ、電解液中の電解質の移動を妨げ難い点でも好ましい。炭素質材料の平均粒子径は、好ましくは2μm以上、より好ましくは2.1μm以上、さらに好ましくは2.5μm以上、特に好ましくは3μm以上である。一方、炭素質材料の平均粒子径が30μm以下であると、粒子内への電解質の拡散経路が短く、炭素質材料を導電材として用いた電極において、活物質への急速な充放電が可能であり好ましい。さらに、入出力特性の向上には電極厚みを薄くすることが重要である。電極作製時に集電板への活物質や導電材を含む合剤スラリーの塗工厚みを薄くするには、活物質や導電材の粒子径を小さくする必要がある。このような観点から、平均粒子径の上限としては30μm以下が好ましいが、より好ましくは19μm以下であり、さらに好ましくは17μm以下であり、特に好ましくは16μm以下、最も好ましくは15μm以下である。
また、本発明の炭素質材料は、レーザーラマン分光法により観測されるラマンスペクトルの1360cm-1付近のピーク強度(ID)と1580cm-1付近のピーク強度(IG)の強度比(R値=ID/IG)が1.2以上であることが好ましい。ここで、1360cm-1付近のピークとは、一般にDバンドと称されるラマンピークであり、グラファイト構造の乱れ・欠陥に起因するピークである。また、1580cm-1付近のピークとは、一般にGバンドと称されるラマンピークであり、グラファイト構造に由来するピークである。ここで、1360cm-1付近のピークは、通常、1345cm-1~1375cm-1、好ましくは1350cm-1~1370cm-1の範囲に観測される。また、1580cm-1付近のピークは、通常、1565cm-1~1615cm-1、好ましくは1560cm-1~1610cm-1の範囲に観測される。
本発明の炭素質材料にふくまれ得る金属元素としては、例えばアルカリ金属(例えば、ナトリウム)、アルカリ土類金属(例えばマグネシウム、またはカルシウム)、遷移金属(例えば、鉄や銅)等が挙げられる。
本発明の炭素質材料の水素元素の含有量は、0.42質量%以下であり、好ましくは0.39質量%以下、より好ましくは0.3質量%以下、さらに好ましくは0.14質量%以下である。炭素質材料中の水素元素の含有量が上記上限値以下であると、電解質との反応性が低下し、安定である。なお、炭素質材料中の水素元素の含有量の下限値は、通常0.05質量%以上である。
本発明の炭素質材料の酸素元素の含有量は、1.5質量%以下であり、好ましくは1.4質量%以下であり、より好ましくは1.3質量%以下である。炭素質材料中の酸素元素の含有量が上記上限値以下であると、電解質との反応性が低下し、安定である。なお、炭素質材料中の酸素元素の含有量の下限値は、通常0.1質量%以上である。
(1)炭素質前駆体を賦活して原料となる活性炭を得る賦活工程、
(2)最終的に得られる炭素質材料の平均粒子径を制御するために、活性炭または炭素質材料を粉砕する粉砕工程、および/または
(3)気相脱灰工程を経て得られた活性炭を不活性ガス雰囲気中で500℃~1250℃で熱処理する工程
を含んでもよい。
本発明において用いられる植物由来の活性炭は、例えば、上記炭素質前駆体(植物由来のチャー)を賦活処理することにより得ることができる。賦活処理とは、炭素質前駆体の表面に細孔を形成し多孔質の炭素質物質に変える処理であり、これにより大きな比表面積および細孔容積を有する活性炭(以下、賦活処理された炭素質前駆体を「原料活性炭」ともいう)を得ることができる。賦活処理を行わず、炭素質前駆体をそのまま用いた場合には、比表面積や細孔容積が十分でなく、導電材として用いた場合に、活物質との大きな接触面積を確保し、集電効率を向上させることが困難である。賦活処理は、当該分野において一般的な方法により行うことができ、主に、ガス賦活処理と薬剤賦活処理の2種類の処理方法を挙げることができる。
なお、本発明において、細孔容積は窒素吸着法により算出することができる。
なお、本発明において、平均粒子径は、例えばレーザー散乱法により測定することができる。
植物由来の炭素質材料は多量の活物質を担持することが可能であることから、リチウム硫黄電池や有機ラジカル電池などの導電材として有用である。しかしながら、植物由来のチャーは多くの金属元素を含有しており、特にカリウム(例えば、椰子殻チャーでは0.3%程度)や鉄(例えば、椰子殻チャーでは鉄元素を0.1%程度)を多く含んでいる。このように多量のカリウムや鉄などの金属元素を含んだ植物由来のチャーから製造された炭素質材料は、導電材として用いた場合、電気化学的な特性や安全性に好ましくない影響を与える可能性がある。したがって、炭素質材料に含まれるカリウム元素や鉄元素などの含有量は、極力低下させることが好ましい。
また、植物由来のチャーは、カリウムや鉄元素以外にも、アルカリ金属(例えば、ナトリウム)、アルカリ土類金属(例えばマグネシウム、またはカルシウム)、遷移金属(例えば、銅)およびその他の元素類を含んでおり、これらの金属類の含有量も低減させることが好ましい。これらの金属を含んでいると電極への電圧印加時に不純物が電解液中に溶出し、電池性能や安全性に悪影響を及ぼす可能性が高いからである。
また、不活性ガスに含まれる不純物ガス、特に酸素の濃度は低ければ低いほど好ましい。通常許容される酸素濃度としては、好ましくは0~2000ppm、より好ましくは0~1000ppmである。
また、気相脱灰の時間は、特に限定されるものではないが、好ましくは5~300分であり、より好ましくは10~200分であり、さらに好ましくは30~150分である。
本発明の一実施態様において、本発明の炭素質材料の製造方法はアルカリ金属水酸化物添着工程を含む。本発明において、アルカリ金属水酸化物添着工程は、原料となる植物由来の活性炭にアルカリ金属水酸化物を添加混合する工程であり、アルカリ金属水酸化物添着工程を含む場合、かかる工程は通常、先に記載した気相脱灰工程の上流で行われる。このアルカリ金属水酸化物の添着により、気相脱灰工程における熱処理やその後の熱処理工程において、脱水素や脱酸素官能基を促進することができる。
また、アルカリ金属水酸化物と原料活性炭とを固体混合した後300℃程度に加熱し、アルカリ金属水酸化物を潮解、原料活性炭に吸着する方法等も挙げられる。これらの方法により得られたアルカリ金属水酸化物が添着した活性炭(以下、「アルカリ金属水酸化物添着活性炭」ともいう)は、そのまま気相脱灰工程において使用することもできる。
本発明においては、ハロゲン化合物を含む不活性ガス雰囲気中での気相脱灰工程の後に、さらにハロゲン化合物非存在下、気相脱灰工程を経て得られた炭素質材料を加熱する熱処理工程を行うことが好ましい。気相脱灰処理における前記ハロゲン化合物との接触により、ハロゲンが得られる炭素質材料中に含まれるため、ハロゲン化合物非存在下で熱処理を行い、かかる処理により炭素質材料中に含まれているハロゲンを除去することが好ましい。具体的には、ハロゲン化合物非存在下での熱処理は、ハロゲン化合物を含まない不活性ガス雰囲気中で、通常500℃~1250℃で熱処理することによって行うが、ハロゲン化合物非存在下での熱処理の温度は、気相脱灰工程における温度と同じか、またはそれよりも高い温度で行うことが好ましい。熱処理工程の温度は、好ましくは500℃~1250℃であり、より好ましくは600℃~1200℃、さらに好ましくは700℃~1200℃、さらにより好ましくは750℃~1200℃、特に好ましくは750℃~1150℃であり、非常に好ましくは800℃~1100℃である。熱処理温度を前記範囲内とすることで、熱収縮によるBET比表面積の低下を抑制しながら、炭素質材料中のハロゲンを充分に除去することができ、低い電気抵抗を長期に亘って発揮することができる。熱処理工程は、例えば、前記ハロゲン化合物を含む不活性ガス雰囲気中での熱処理(気相脱灰工程)の後に、ハロゲン化合物の供給を遮断して熱処理を行うことにより、ハロゲン化合物非存在下での熱処理を行うことができる。また、ハロゲン化合物非存在下での熱処理の時間も特に限定されるものではないが、好ましくは5~300分であり、より好ましくは10~200分であり、さらに好ましくは10~150分であり、最も好ましくは10~100分である。
本発明においては必要に応じて、最終的に得られる炭素質材料の形状や粒径を所望する形状や粒径に制御するための粉砕処理を施してもよい。粉砕処理は、原料活性炭、アルカリ金属水酸化物添着活性炭、気相脱灰処理後および/またはその後の熱処理後に得られた炭素質材料のいずれに対して行ってもよい。
なお、以下に炭素質材料および活性炭の物性値の測定方法を記載するが、実施例を含めて、本明細書中に記載する物性値は、以下の方法により求めた値に基づくものである。
マイクロトラック・ベル社製窒素吸着量測定装置BELSORP-MAXを使用し、試料の窒素吸着等温線を測定するBET法により比表面積を求めた。
株式会社堀場製作所製、酸素・窒素・水素分析装置EMGA-930を用いて元素分析を行った。
当該装置の検出方法は、酸素:不活性ガス融解-非分散型赤外線吸収法(NDIR)、窒素:不活性ガス融解-熱伝導度法(TCD)、水素:不活性ガス融解-非分散型赤外線吸収法(NDIR)であり、校正は、(酸素・窒素)Niカプセル、TiH2(H標準試料)、SS-3(N、O標準試料)で行い、前処理として250℃、約10分で水分量を測定した試料20mgをNiカプセルに取り、元素分析装置内で30秒脱ガスした後に測定した。試験は3検体で分析し、平均値を分析値とした。
株式会社堀場製作所製、LabRAM ARAMISを用い、レーザー波長532nmの光源を用いて、ラマンスペクトルを測定した。試験は、各試料において無作為に3箇所の粒子をサンプリングし、さらにサンプリングした各粒子内から2箇所について測定した。測定条件は、波長範囲50~2000cm-1、積算回数1000回であり、計6箇所の平均値を計測値として算出した。Gバンド半値幅は、上記測定条件にて得られたスペクトルに対し、Dバンド(1360cm-1付近)とGバンド(1590cm-1付近)とのピーク分離を、ガウス関数でフィッティングして実施した後、測定した。また、R値はDバンドとGバンドの各ピークの強度比ID/IG(Dバンドピーク強度/Gバンドピーク強度)とした。
試料の平均粒子径(粒度分布)は、レーザー散乱法により以下の通りに測定した。試料を界面活性剤(和光純薬工業(株)製「ToritonX100」)が0.3質量%含まれた水溶液に投入し、超音波洗浄器で10分以上処理し、水溶液中に分散させた。この分散液を用いて粒度分布を測定した。粒度分布測定は、粒子径・粒度分布測定器(日機装(株)製「マイクロトラックM T3000」)を用いて行った。D50は、累積体積が50%となる粒子径であり、この値を平均粒子径として用いた。
ナトリウム元素の含有量、カリウム元素の含有量および鉄元素の含有量の測定方法は、以下の方法により測定した。予め所定量のナトリウム元素、カリウム元素および鉄元素を含有する炭素試料を調製し、蛍光X線分析装置を用いて、ナトリウム、カリウムKα線の強度とナトリウム元素、カリウム元素含有量との関係、および鉄Kα線の強度と鉄元素含有量との関係に関する検量線を作成した。ついで試料について蛍光X線分析におけるナトリウムKα線、カリウムKα線および鉄Kα線の強度を測定し、先に作成した検量線よりナトリウム元素含有量、カリウム元素含有量および鉄元素含有量を求めた。
蛍光X線分析は、(株)島津製作所製LAB CENTER XRF-1700を用いて、以下の条件で行った。上部照射方式用ホルダーを用い、試料測定面積を直径20mmの円周内とした。被測定試料の設置は、内径25mmのポリエチレン製容器の中に被測定試料を0.5g入れ、裏をプランクトンネットで押さえ、測定表面をポリプロピレン製フィルムで覆い測定を行った。X線源は40kV、60mAに設定した。カリウムについては、分光結晶にLiF(200)、検出器にガスフロー型比例係数管を使用し、2θが90~140°の範囲を、走査速度8°/分で測定した。鉄については、分光結晶にLiF(200)、検出器にシンチレーションカウンターを使用し、2θが56~60°の範囲を、走査速度8°/分で測定した。
BET比表面積500m2/gの椰子殻由来の炭素質前駆体を、灯油燃焼ガス(H2O、CO2、CO、N2の混合ガス)にスチームを供給して水蒸気分圧35%に調整した賦活ガス中、900℃で120分間賦活し、椰子殻由来の原料活性炭を調製した。この椰子殻原料活性炭のBET比表面積は2100m2/gであった。
BET比表面積500m2/gの椰子殻由来の炭素質前駆体を、灯油燃焼ガス(H2O、CO2、CO、N2の混合ガス)にスチームを供給して水蒸気分圧35%に調整した賦活ガス中、900℃で90分間賦活し、椰子殻由来の原料活性炭を調製した。この椰子殻原料活性炭のBET比表面積は1500m2/gであった。
(炭素質材料の調製)
製造例1で製造した椰子殻原料活性炭を粉砕して平均粒子径850~2360μmの椰子殻活性炭を得た。次にこの粉砕後の椰子殻活性炭100gに対して、2体積%塩化水素ガスを含む窒素ガス(混合ガス)を10L/分の流量で供給して、処理温度1000℃で50分間のハロゲン化合物処理(気相脱灰工程)を行った。その後、塩化水素ガスの供給のみを停止し、さらに処理温度1000℃で50分間の熱処理(熱処理工程)を行い、炭素質材料を得た。得られた炭素質材料を、ボールミルで平均粒子径8μmに粗粉砕した後、コンパクトジェットミル(コジェットシステムα-mkIII)で粉砕および分級し、平均粒子径4μmの炭素質材料(1)を得た。
気相脱灰工程における処理時間を50分に代えて100分とした以外は、実施例1と同様の手順で、平均粒子径4μmの炭素質材料(2)を得た。
製造例1で製造した椰子殻原料活性炭を粉砕して平均粒子径850~2360μmの椰子殻活性炭を得た。次にこの粉砕後の椰子殻活性炭80gに対して、水酸化ナトリウム20gをイオン交換水100gに溶解した水溶液を加え、1時間浸漬含浸した後、80℃熱風乾燥機にて12時間乾燥した。乾燥して得られた活性炭を、2体積%塩化水素ガスを含む窒素ガスを10L/分の流量で供給して、処理温度1000℃で100分間処理した。その後、塩化水素ガスの供給のみを停止し、さらに処理温度1000℃で50分間熱処理し、炭素質材料を得た。得られた炭素質材料を、ボールミルで平均粒子径8μmに粗粉砕した後、コンパクトジェットミル(コジェットシステムα-mkIII)で粉砕および分級し、平均粒子径4μmの炭素質材料(3)を得た。
製造例1で製造した椰子殻原料活性炭を粉砕して平均粒子径850~2360μmの椰子殻活性炭を得た。次にこの粉砕後の椰子殻活性炭70gに対して、水酸化ナトリウム30gをイオン交換水100gに溶解した水溶液を加え、1時間浸漬含浸した後、80℃熱風乾燥機にて12時間乾燥した。乾燥して得られた活性炭を、2体積%塩化水素ガスを含む窒素ガスを10L/分の流量で供給して、処理温度1000℃で100分間処理した。その後、塩化水素ガスの供給のみを停止し、さらに処理温度1000℃で50分間熱処理し、炭素質材料を得た。得られた炭素質材料を、ボールミルで平均粒子径8μmに粗粉砕した後、コンパクトジェットミル(コジェットシステムα-mkIII)で粉砕および分級し、平均粒子径4μmの炭素質材料(4)を得た。
製造例1で製造した椰子殻原料活性炭を粉砕して平均粒子径850~2360μmの椰子殻原料活性炭を得た。次にこの粉砕後の椰子殻原料活性炭60gに対して、水酸化ナトリウム40gをイオン交換水100gに溶解した水溶液を加え、1時間浸漬含浸した後、80℃熱風乾燥機にて12時間乾燥した。乾燥して得られた活性炭を、2体積%塩化水素ガスを含む窒素ガスを10L/分の流量で供給して、処理温度1000℃で100分間処理した。その後、塩化水素ガスの供給のみを停止し、さらに処理温度1000℃で50分間熱処理し、炭素質材料を得た。得られた炭素質材料を、ボールミルで平均粒子径8μmに粗粉砕した後、コンパクトジェットミル(コジェットシステムα-mkIII)で粉砕および分級し、平均粒子径4μmの炭素質材料(5)を得た。
製造例1で製造した椰子殻原料活性炭に代えて製造例2で製造した椰子原料殻活性炭を使用して、粉砕により平均粒子径850~2360μmの椰子殻活性炭を得たこと以外は、実施例1と同様に行い、平均粒子径4μmの炭素質材料(6)を得た。
製造例1で製造した椰子殻原料活性炭に代えて製造例2で製造した椰子殻原料活性炭を使用して、粉砕により平均粒子径850~2360μmの椰子殻活性炭を得たこと以外は、実施例4と同様に行い、平均粒子径4μmの炭素質材料(7)を得た。
気相脱灰処理を行わず、塩化水素ガスを含まない窒素ガスを用いて1000℃で50分間の熱処理のみを行った以外は、実施例1と同様に行い、平均粒子径4μmの炭素質材料(8)を得た。
次に、炭素質材料(1)~(8)それぞれを試料として用いて、水素元素含有量、酸素元素含有量、金属元素(ナトリウム元素、カリウム元素、鉄元素)の含有量、BET比表面積、R値、およびGバンド半値幅の測定を行った。その結果を表2に示す。
実施例1~5および比較例1~3で得られた炭素質材料(1)~(8)それぞれに、JSR(株)のスチレンブタジエンラバー(SBR)と第一工業製薬(株)のカルボキシメチルセルロース(CMC)を、電極材料:SBR:CMC=90:3:2(質量比)になるように水と混合し、スラリーを得た。得られたスラリーを白色スライドガラスにバーコーターで塗工後、80℃熱風乾燥し、ガラスチューブオーブンを用いて減圧雰囲気下150℃で7時間乾燥して炭素材含有膜(1)~(8)を得た。得られた炭素材含有膜(1)~(8)の厚みはそれぞれ100μmであった。
実施例1~5および比較例1~3で得られた炭素質材料(1)~(8)それぞれに、JSR(株)のスチレンブタジエンラバー(SBR)と第一工業製薬(株)のカルボキシメチルセルロース(CMC)を、電極材料:SBR:CMC=90:3:2(質量比)になるように水と混合し、スラリーを得た。得られたスラリーを厚み20μmの宝泉(株)のエッチドAl箔にバーコーターで塗工後、ガラスチューブオーブンを用いて減圧雰囲気下150℃で7時間乾燥して炭素材含有電極(1)~(8)を得た。得られた炭素材含有電極(1)~(8)の厚みはそれぞれ100μmであった。
上記で得た炭素材含有電極(1)~(8)をそれぞれ用いて、以下の手順に従って抵抗測定用セルを作製した。
炭素材含有電極の抵抗特性は2032型コインセルを作製して評価した。2032型コインセル部材は宝泉(株)から入手した。炭素材含有電極は14mmΦに打抜いたものを用いた。セパレータは日本板硝子(株)のガラス繊維セパレータを17mmΦに打抜いて用いた。電解液は富山薬品工業(株)の1.4mol/Lのトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートのプロピレンカーボネート溶液(TEMA-BF4/PC)を用いた。コインセルの作製はアルゴン雰囲気下のグローブボックス中で行った。上記の炭素材含有電極2枚を、セパレータを介して重ね合わせてコインセルの中に入れ、電解液を注入して炭素材含有電極やセパレータを充分に含浸させた後、かしめ機を用いて封止した。
充放電装置((株)計測器センター製BLS5516)にコインセルを接続し、25℃で、電圧が3.3Vになるまで電流密度3mA/cm2で定電流充電を行い、続けて、3.3Vの電圧を印加した状態で200時間保持した。その後、定電流(電流密度3mA/cm2)で放電を行った。このとき、放電時間10秒~30秒の電圧降下特性を、最小二乗法を用いて直線近似し、この直線の放電開始時間のおける切片(電圧値)を算出した。この電圧値と充電電圧3.3Vの差をΔVとし、下式から炭素材含有電極の内部抵抗(3.3V200時間電圧維持後)を算出した。
R=ΔV/I
R:内部抵抗(Ω)
ΔV:降下電圧(V)
I:放電電流(A)
上記炭素材含有膜(1)~(8)のシート抵抗および上記炭素材含有電極(1)~(8)の内部抵抗の測定結果を、表3に示す。
Claims (5)
- BET法による比表面積が1800~3000m2/gであり、水素元素の含有量が0.05質量%以上0.42質量%以下であり、酸素元素の含有量が0.1質量%以上1.5質量%以下であり、かつ、カリウム元素の含有量が500ppm以下である、植物由来の炭素質材料。
- BET法による比表面積が1800~3000m2/gであり、水素元素の含有量が0.05質量%以上0.42質量%以下であり、酸素元素の含有量が0.1質量%以上1.5質量%以下であり、鉄元素の含有量が200ppm以下である、植物由来の炭素質材料。
- 鉄元素の含有量が200ppm以下である、請求項1に記載の炭素質材料。
- 平均粒子径100~10000μm、BET法による比表面積1600~3000m2/gの植物由来の活性炭を、ハロゲン化合物を含む不活性ガス雰囲気中で500℃~1250℃で熱処理して炭素質材料を得る気相脱灰工程を含む、請求項1~3のいずれかに記載の炭素質材料の製造方法。
- 平均粒子径100~10000μm、BET法による比表面積1600~3000m2/gの植物由来の活性炭にアルカリ金属水酸化物を添着する工程、および、前記工程により得られたアルカリ金属水酸化物添着活性炭を、ハロゲン化合物を含む不活性ガス雰囲気中、500℃~1250℃で熱処理して炭素質材料を得る、気相脱灰工程を含む、請求項1~3のいずれかに記載の炭素質材料の製造方法。
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CN111146417A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-05-12 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种快充型锂离子电池球形石墨负极材料及其制备方法 |
KR102344175B1 (ko) * | 2020-03-12 | 2021-12-29 | 한국과학기술원 | 고밀도 탄소결함구조를 함유하는 이차전지용 전극 및 이의 제조방법 |
WO2022174335A1 (en) * | 2021-02-17 | 2022-08-25 | Supercap Technologies Corp. | Sweeping gas process for production of activated carbon-based electrode materials |
EP4108647A1 (de) * | 2021-06-21 | 2022-12-28 | eeplasma GmbH | Verfahren zur herstellung von mit flüssigen düngemitteln beladbaren kern-hülle-partikeln |
CN117886302B (zh) * | 2024-03-14 | 2024-06-07 | 玖贰伍碳源科技(天津)有限公司 | 一种碳负极材料氟化表面处理方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011079705A (ja) | 2009-10-07 | 2011-04-21 | Osaka Gas Chem Kk | 活性炭の製造方法及びその装置 |
WO2014034858A1 (ja) | 2012-08-30 | 2014-03-06 | 株式会社クレハ | 非水電解質二次電池負極用炭素質材料及びその製造方法 |
WO2014034859A1 (ja) | 2012-08-30 | 2014-03-06 | 株式会社クレハ | リチウムイオンキャパシタ負極用炭素質材料及びその製造方法 |
WO2014077229A1 (ja) | 2012-11-13 | 2014-05-22 | クラレケミカル株式会社 | 分極性電極用炭素材料及びその製造方法 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000299259A (ja) | 1999-04-16 | 2000-10-24 | Tokin Corp | 電気二重層キャパシタ及びその製造方法 |
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JP4342123B2 (ja) | 2001-06-06 | 2009-10-14 | アドバンスト・キャパシタ・テクノロジーズ株式会社 | 残存活性酸化水素の除去方法 |
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WO2005069321A1 (ja) | 2004-01-19 | 2005-07-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 電気二重層キャパシタ及びその製造方法とこれを用いた電子機器 |
JP2006024747A (ja) | 2004-07-08 | 2006-01-26 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 電気二重層キャパシタ電極用炭素材料およびその製造方法 |
EP1892217A4 (en) | 2005-06-14 | 2013-11-13 | Cataler Corp | CARBON MATERIAL FOR DOUBLE ELECTRIC LAYER CAPACITOR, DOUBLE ELECTRIC LAYER CAPACITOR, AND METHOD FOR MANUFACTURING CARBON MATERIAL |
JP5471142B2 (ja) | 2008-09-29 | 2014-04-16 | ソニー株式会社 | 多孔質炭素材料複合体及びその製造方法、並びに、吸着剤、化粧料、浄化剤及び光触媒複合材料 |
JP6324726B2 (ja) | 2010-12-28 | 2018-05-16 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se | 電気化学特性が向上した炭素材料 |
KR20120076893A (ko) | 2010-12-30 | 2012-07-10 | 충북대학교 산학협력단 | 야자각 차콜을 이용한 커패시터용 활성탄 제조방법 |
US10950849B2 (en) * | 2011-06-30 | 2021-03-16 | Cornell University | Hybrid materials and nanocomposite materials, methods of making same, and uses thereof |
KR101431056B1 (ko) | 2012-12-24 | 2014-08-21 | 주식회사 제임스텍 | 가스레인지용 온도감지장치 |
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WO2014034858A1 (ja) | 2012-08-30 | 2014-03-06 | 株式会社クレハ | 非水電解質二次電池負極用炭素質材料及びその製造方法 |
WO2014034859A1 (ja) | 2012-08-30 | 2014-03-06 | 株式会社クレハ | リチウムイオンキャパシタ負極用炭素質材料及びその製造方法 |
WO2014077229A1 (ja) | 2012-11-13 | 2014-05-22 | クラレケミカル株式会社 | 分極性電極用炭素材料及びその製造方法 |
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