JPH0888150A - 電気二重層コンデンサー用活性炭電極の製造方法及び活性炭電極 - Google Patents

電気二重層コンデンサー用活性炭電極の製造方法及び活性炭電極

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JPH0888150A
JPH0888150A JP6220697A JP22069794A JPH0888150A JP H0888150 A JPH0888150 A JP H0888150A JP 6220697 A JP6220697 A JP 6220697A JP 22069794 A JP22069794 A JP 22069794A JP H0888150 A JPH0888150 A JP H0888150A
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JP
Japan
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activated carbon
carbon electrode
double layer
electric double
layer capacitor
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Withdrawn
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JP6220697A
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English (en)
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Takushi Osaki
琢志 大崎
Akira Wakaizumi
章 若泉
Mitsuo Kogure
光男 木暮
Akihiro Nakamura
章寛 中村
Shinichi Marumo
信一 丸茂
Toshiya Miyagawa
俊哉 宮川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大電流供給用に優れた性能を発揮し得る活性
炭電極、特に強放電時の静電容量を向上し得る活性炭電
極を提供することを目的としている。 【構成】 本発明の電気二重層コンデンサー用活性炭電
極の製造方法は、炭素化合物を炭化処理して得られた炭
化物に、1次酸化処理を施して炭素基材とし、該炭素基
材にバインダーを加えて成形体とし、該成形体を炭化処
理した後に、2次酸化処理を施し、ついで活性化熱処理
を施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気二重層コンデンサ
ーとして好適に用いられる活性炭電極の製造方法とそれ
により得られる活性炭電極に関する。
【0002】
【従来の技術】電気二重層コンデンサーは、パソコンな
どの電子機器のバックアップ用電源として実用されてお
り、また自動車の補助バッテリーなど瞬間大電流供給用
補助電源用としても開発が行われている。この電気二重
層コンデンサーの電極は分極性電極と称され、大きな静
電容量を持つことが要求されている。そのために分極性
電極の材料としては比表面積の大きい導電性の炭素材料
が使用され、特に賦活済みの活性炭が好ましい。賦活済
みの活性炭基材としては、粉末状と繊維状のものとがあ
る。
【0003】活性炭の製造には、コークス、石炭、ヤシ
ガラ炭などの炭素質のものから、フェノール樹脂等の熱
硬化性樹脂など、様々な熱分解性炭素化合物が原料とし
て用いられる。図5はフェノール樹脂を原料とした活性
炭製造工程の概要である。この図に示す如く、まずフェ
ノール樹脂を硬化した後、乾留して炭素以外の成分を揮
発させる炭化工程を経て、賦活し、必要に応じて、粉砕
・整粒して粉末ないし粒状の活性炭基材を得る。なお、
炭素化合物原料にアクリル繊維などを用いて、繊維形状
を保ったまま、同様にして、炭化処理などの工程を経て
繊維状活性炭基材を得る方法も知られている。
【0004】従来、電気二重層コンデンサーの分極性電
極には、前記粉末ないし粒状の活性炭基材を硫酸溶液と
混合してペースト状として用いられているが、活性炭粒
子間の接触抵抗が大きく、大きな電流を流せなかった。
また、繊維状活性炭布を使用する場合も同様に、繊維間
の接触抵抗と単位体積当りの活性炭密度が小さく、大電
流を得ることができなかった。
【0005】そこで、図5に示すように、活性炭基材
に、更にバインダーを加えて成形し、加えたバインダー
を同様に炭化して焼結し、板状の成形体とする方法が考
えられる。バインダーには、炭化後、基材と同じ炭素質
となる熱分解性炭素化合物が選択されるが、この場合、
原料と同じフェノール樹脂が好ましい。基材に繊維状活
性炭を用いた場合も、バインダーで繊維間の空間を埋め
込み、同様に炭化して焼結すれば、密度の大きい板状と
なり、分極性電極としての使用が期待できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような従来の活性炭基材にバインダーを加えて炭化・焼
結して得た電気二重層コンデンサー用の活性炭分極性電
極は、その重量当りの静電容量が、しばしば基材よりも
低くなるという不都合があった。その原因については、
上記従来の方法においては、加えたバインダーが炭化し
て生成した炭素質成分が、賦活されていないのみなら
ず、この炭素質成分によって基材の活性が何らかの理由
で阻害されるのではないかと推察した。さらに、従来の
活性炭分極性電極は、弱放電時に対して、強放電時の静
電容量が半分以下であり、強放電に弱点があり、自動車
の補助バッテリーなど大電流供給用には不向きであっ
た。
【0007】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、大電流供給用に優れた性能を発揮し得る活性炭電
極、特に強放電時の静電容量を向上し得る活性炭電極を
提供することを本発明の目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の電気二重層コン
デンサー用活性炭電極の製造方法は、炭素化合物を炭化
処理して得られた炭化物に、1次酸化処理を施して炭素
基材とし、該炭素基材にバインダーを加えて成形体と
し、該成形体を炭化処理した後に、2次酸化処理を施
し、ついで活性化熱処理を施すことを特徴としている。
【0009】前記炭素化合物には、ヤシガラ、木質、石
炭、ピッチ、天然高分子、合成高分子などいずれも使用
できるが、フェノール樹脂が好適である。また、前記バ
インダーとしては、フェノール樹脂粉末をアルコール類
や、アセトン、シクロヘキサノンなどのケトン類などの
有機溶剤とクレオソート油、コールタール、アントラセ
ン油、灯油、流動パラフィン、エチレングリコール、グ
リセリンなどの親油性液体に溶解したものが使用でき
る。
【0010】ここで、酸化処理とは、空気或いは酸素含
有混合ガス雰囲気中、200℃以上、好ましくは300
℃〜400℃での熱処理であり、また活性化熱処理と
は、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中、700℃以
上、好ましくは800〜1000℃、さらに好ましくは
900℃程度での熱処理である。そして、本発明では、
2次酸化処理および活性化熱処理による重量変化に関
し、次式(i) 熱処理収率=(成形体活性化熱処理後の重量/成形体炭
化処理後の重量)×100……(i) により示される熱処理収率が70%〜95%となるよう
に温度と時間を選択することを特徴としている。
【0011】また、本発明の電気二重層コンデンサー用
の活性炭電極は、前記方法によって製造した該活性炭電
極が、600〜1100m2/gの比表面積を有するこ
とを特徴としている。
【0012】
【作用】本発明では、従来技術における炭酸ガスまたは
水蒸気雰囲気中での賦活処理による活性化に変えて、主
として空気中で活性炭基材を熱処理する酸化処理によっ
て活性を付与し、さらに2次酸化処理した材料を、引き
続いて窒素などの不活性ガス雰囲気中で熱処理して活性
化する。そして、かかる製造工程における2次酸化処理
および活性化熱処理による重量変化に関し、上記の式
(i)により示される熱処理収率が70%〜95%とな
るように温度と時間を選択することにより、反りや割れ
などの成形不良を生じることなく、大電流供給用に優れ
た性能を発揮する活性炭電極が得られる。このように得
られた活性炭電極のBET比表面積は600〜1100
2/gとなる。
【0013】
【実施例】図1に示す製造工程に従って、フェノール樹
脂を原料とし、炭化後に1次酸化処理し、粉砕・整粒し
て活性炭基材とし、この活性炭基材にバインダーを添加
して成形し、この成形体を炭化した後に、2次酸化処理
し、引き続いて活性化処理して板状活性炭(活性炭電
極)を製造した。本発明の実施例(実験例1〜9)にあ
っては、図1に示す製造工程に従って、1次および2次
の空気酸化処理の温度および時間を変化させ、その時の
成形性や熱処理収率、さらに静電容量などへの影響を調
べ、その最適処理条件を確認した。また、比較のための
比較例1〜5では、1次または2次酸化処理を行わずに
活性炭電極を製造し、本発明の実施例(実験例1〜9)
で得られた活性炭電極の静電容量と比較した。
【0014】(実験例1)ノボラック型フェノール樹脂
を160℃で硬化した後、約2mm角に破砕した。これ
を、窒素ガス中、900℃で30分間加熱して炭化処理
した。引き続き、空気中、350℃で1時間の1次空気
酸化熱処理を施して、平均粒径約8μmに粉砕した。こ
の粉末100重量部に対して、バインダーとしてフェノ
ール樹脂15重量部、エタノール8重量部、およびクレ
オソート20重量部を加えて混練し、圧力500kg/
cm2でプレスして、50×50×1mmの板状の成形
体とした。
【0015】得られた成形体を、窒素ガス中、900℃
で30分間加熱して炭化処理した。引き続き、空気中3
50℃で1時間の2次空気酸化処理を施した後、窒素ガ
ス雰囲気中100℃/hの昇温速度で900℃まで昇温
して30分間保持し、活性化熱処理を行った。熱処理収
率(成形体活性化熱処理後の重量/成形体炭化処理後の
重量)×100)は90%であった。またBET比表面
積は750m2/gであった。
【0016】活性化処理後の成形体には反りやクラック
などが無く、機械的強度も充分であったので、これか
ら、14mmφ(厚さ1mm)の円板を2枚切り出し、
真空中で30wt%硫酸溶液を含浸させて図2に示す測
定用セルを作製し、静電容量を求めた。図2中、符号1
は活性炭電極、2はガスケット、3は集電極、4はセパ
レータである。静電容量Cは一般に、充電後、一定電流
Iで放電し、電圧V1からV2まで低下する時間Δtを測
定し、下式(ii)により求めることができる。 C=I×Δt/(V1−V2)……(ii) ここでは、900mVで24時間充電後4mA/cm2
で放電し、引き続き、2時間充電後400mA/cm2
で放電した。そして、いずれもV1=540mV、V2=
360mVとして、それぞれ4mA/cm2の時59F
/cm3、400mA/cm2の時28F/cm3を得
た。
【0017】(実験例2〜9)実験例1において、1次
および2次の空気酸化処理の温度および時間を変化させ
て、その時の成形性や熱処理収率、さらに静電容量など
への影響を調べた。その結果を実験例1の結果と合わせ
て表1に示す。
【0018】(比較例1)実験例1において2次酸化処
理を行わず、それ以外は実験例1と同様にして活性炭電
極を作製し静電容量を求めた。その結果を表1に示す。
【0019】(比較例2〜3)比較例1において、1次
酸化処理の条件のみを変えて、同様にして活性炭電極を
作製し静電容量を求めた。その結果を表1に示す。
【0020】(比較例4〜5)1次酸化処理を行わず、
2次酸化処理の条件のみを変えた以外は実験例1と同様
にして活性炭電極を作製し、静電容量を求めた。その結
果を表1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】表1のデータを、横軸に熱処理収率を、縦
軸に静電容量をとってプロットすると図3が得られる。
この図3から明らかなように、熱処理収率が70〜95
%の範囲で高い静電容量を示し、熱処理収率が70%を
下回るか、95%を超えると、静電容量が急に低下して
いる。表1のデータを、横軸にBET比表面積を、縦軸
に静電容量をとってプロットすると図4が得られる。B
ET比表面積600〜1100m2/gの範囲で高い静
電容量であり、BET比表面積が600m2/gを下回
るか、1100m2/gを超えると、静電容量は急に低
下している。
【0023】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、主
として空気中で活性炭基材を熱処理する酸化処理によっ
て活性を付与し、さらに2次酸化処理した材料を、引き
続いて窒素などの不活性ガス雰囲気中で熱処理して活性
化する。そして、かかる製造工程における2次酸化処理
および活性化熱処理による重量変化に関し、式(i)に
より示される熱処理収率が70%〜95%となるように
温度と時間を選択することにより、反りや割れなどの成
形不良を生じることなく、大電流供給用に優れた性能を
発揮する活性炭電極が得られる。従って本発明によれ
ば、高電流密度において従来にない高い静電容量の電気
二重層コンデンサー用の活性炭電極が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の活性炭電極の製造方法の一例を
示す工程図である。
【図2】図2は本発明の実施例において作製した活性炭
電極の断面図である。
【図3】図3は本発明の実施例の結果を示し、製造した
活性炭電極の静電容量と賦活収率との関係を示すグラフ
である。
【図4】図4は本発明の実施例の結果を示し、製造した
活性炭電極の静電容量とBET比表面積との関係を示す
グラフである。
【図5】図5は従来の活性炭および活性炭電極の製造工
程を説明する図である。
【符号の説明】
1……活性炭電極、2……ガスケット、3……集電極、
4……セパレータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 章寛 山梨県北巨摩郡高根町下黒沢3054−3 日 本酸素株式会社山梨研究所内 (72)発明者 丸茂 信一 山梨県北巨摩郡高根町下黒沢3054−3 日 本酸素株式会社山梨研究所内 (72)発明者 宮川 俊哉 山梨県北巨摩郡高根町下黒沢3054−3 日 本酸素株式会社山梨研究所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素化合物を炭化処理して得られた炭化
    物に、1次酸化処理を施して炭素基材とし、該炭素基材
    にバインダーを加えて成形体とし、該成形体を炭化処理
    した後に、2次酸化処理を施し、次いで活性化熱処理を
    施すことを特徴とする電気二重層コンデンサー用活性炭
    電極の製造方法。
  2. 【請求項2】 炭素化合物がフェノール樹脂であること
    を特徴とする請求項1の電気二重層コンデンサー用活性
    炭電極の製造方法。
  3. 【請求項3】 バインダーが、フェノール樹脂粉末、有
    機溶剤および親油性液体からなる組成物であることを特
    徴とする請求項1または2の電気二重層コンデンサー用
    活性炭電極の製造方法。
  4. 【請求項4】 1次酸化処理および2次酸化処理が、空
    気または酸素含有混合ガス雰囲気中での熱処理であり、
    活性化熱処理が窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中での
    熱処理であり、かつ次式(i) 熱処理収率=(成形体活性化熱処理後の重量/成形体炭
    化処理後の重量)×100……(i) により示される熱処理収率が70%〜95%であること
    を特徴とする請求項1から3のいずれかの電気二重層コ
    ンデンサー用活性炭電極の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1から4記載の電気二重層コンデ
    ンサー用活性炭電極の製造方法により製造され、比表面
    積が600〜1100m2/gであることを特徴とする
    電気二重層コンデンサー用活性炭電極。
JP6220697A 1994-09-09 1994-09-14 電気二重層コンデンサー用活性炭電極の製造方法及び活性炭電極 Withdrawn JPH0888150A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010208940A (ja) * 2003-01-14 2010-09-24 Kansai Coke & Chem Co Ltd 電気二重層キャパシタ用多孔質炭素の製造方法、該製造方法により得られた電気二重層キャパシタ用多孔質炭素、及び、該電気二重層キャパシタ用多孔質炭素を用いた電気二重層キャパシタ
JP2015151324A (ja) * 2014-02-18 2015-08-24 住友電気工業株式会社 活性炭及び活性炭の製造方法

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JP2010208940A (ja) * 2003-01-14 2010-09-24 Kansai Coke & Chem Co Ltd 電気二重層キャパシタ用多孔質炭素の製造方法、該製造方法により得られた電気二重層キャパシタ用多孔質炭素、及び、該電気二重層キャパシタ用多孔質炭素を用いた電気二重層キャパシタ
JP2015151324A (ja) * 2014-02-18 2015-08-24 住友電気工業株式会社 活性炭及び活性炭の製造方法

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