JP2005235918A - 電気二重層キャパシタ用炭素材料及び電気二重層キャパシタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の炭素材料は、電気二重層キャパシタ1の電極材料として使用する炭素材料21であって、硫黄含量が0.2重量%以下であるか、或いは、110面についてX線回折法によって測定した回折線の半価幅β(ラジアン)と、その回折角θと、それに使用したX線の波長λと、定数K=1.84とを用いて、等式:La=Kλ/βcosθから算出される結晶子の大きさLaが1nm乃至3nmの範囲内にある。
【選択図】 図1
Description
この電気二重層キャパシタ1は、互いに対向した一対の分極性電極2a,2bを含んでいる。分極性電極2a,2b間には、セパレータ3が介在している。分極性電極2a,2bの外面には、それぞれ、集電体4a,4bが設けられている。これら分極性電極2a,2b、セパレータ3、及び集電体4a,4bは、非水電解質溶液5とともに、図示しない容器内に封入されている。
まず、試料を燃焼させて酸化ガスを発生させ、この酸化ガスの一定量を採取する。次に、採取した酸化ガス中の酸化硫黄ガスを澱粉水溶液に吸収させる。次いで、この水溶液に所定量のヨウ化カリウムを添加し、その吸光度を測定する。この吸光度を、検量線に参照することにより、試料中の硫黄含量CSを求める。なお、この検量線は、例えば、高純度のグラファイトと硫黄とを混合して硫黄濃度が互いに異なる複数の混合物を調製し、これら混合物を試料として用いること以外は先と同様の測定を行うことにより得る。
d002=0.34nm〜0.35nm
La=0.5nm〜3.0nm
Lc=1.0nm〜3.0nm
ここで、d002は002面の格子面間隔を示している。この格子面間隔d002は、例えば、X線回折法を利用して測定することができる。
d002=0.355nm〜0.385nm
La=1.0nm〜3.0nm
Lc=1.0nm〜2.0nm
CS≦0.2重量%
最終製品の物理的及び化学的性質,すなわち、比表面積SSA、002面の格子面間隔d002、結晶子の大きさLa及び厚さLc、並びに硫黄含量CS,は、炭化処理後の材料の物理的及び化学的性質、賦活処理の条件、必要に応じて行う表面処理の条件などに応じて変化する。賦活処理については、典型的には、苛性アルカリ添加量は炭化処理後の材料に対して1.5倍乃至2.5倍(重量比)の範囲内とし、不活性雰囲気中で行う熱処理の温度は700℃乃至900℃の範囲内とし、時間は1時間乃至10時間の範囲内とする。
本例では、以下の方法により図1の電気二重層キャパシタ1を作成した。
まず、硫黄含量CSが0.4重量%の市販の石油系コークスに炭化処理を施し、その後、これを粉砕することにより平均粒径を約100μmに調整した。具体的には、この石油系コークス粉末に対し、N2気流中、750℃で1時間の熱処理を行った。これにより、上記コークスの硫黄含量CSを0.25重量%にまで減少させた。
La=1.40nm
Lc=2.33nm
CS=0.25重量%
次いで、炭化処理後の材料を賦活処理に供した。具体的には、炭化処理後の材料に、重量比で2倍の水酸化カリウムを添加し、この混合物を、不活性雰囲気中、800℃で8時間の熱処理に供した。
d002=0.357nm
La=2.39nm
Lc=1.23nm
CS=0.08重量%
次に、上記の炭素材料21を80重量部と、カーボンブラック10重量部と、10重量部のPTFEを含有したPTFE溶液とを十分に混練した。次いで、この混合物を圧延して厚さ0.1mmのシート状とし、面積が2cm2の円形形状に切り出した。
本例では、以下の方法により図1の電気二重層キャパシタ1を作成した。
まず、硫黄含量CSが0.4重量%の市販の石油系コークスに炭化処理を施し、その後、粉砕することにより平均粒径を約100μmに調整した。具体的には、この石油系コークス粉末に対し、水素気流中、750℃で2時間の熱処理を行った。これにより、上記コークスの硫黄含量CSを0.12重量%にまで減少させた。
La=1.41nm
Lc=2.61nm
CS=0.12重量%
次いで、炭化処理後の材料を賦活処理に供した。具体的には、炭化処理後の材料に、重量比で2倍の水酸化カリウムを添加し、この混合物を、不活性雰囲気中、800℃で4時間の熱処理に供した。
d002=0.359nm
La=1.79nm
Lc=1.12nm
CS=0.02重量%
その後、この炭素材料21を用いたこと以外は、実施例1で説明したのと同様の方法により、電気二重層キャパシタ1を完成した。
本例では、以下の方法により電気二重層キャパシタを作成した。
まず、硫黄含量CSが1.05重量%の市販の石油系コークスに炭化処理を施し、その後、これを粉砕して平均粒径を約100μmに調整した。具体的には、石油系コークス粉末を、窒素気流中、750℃で1時間の炭化処理に供した。この炭化処理により得られた生成物について各種測定を実施したところ、以下の結果が得られた。
La=1.28nm
Lc=1.63nm
CS=1.01重量%
次いで、炭化処理後の材料を賦活処理に供した。具体的には、炭化処理後の材料に、重量比で2倍の水酸化カリウムを添加し、この混合物を、不活性雰囲気中、800℃で6時間の熱処理に供した。
d002=0.361nm
La=0.75nm
Lc=1.23nm
CS=0.24重量%
その後、この炭素材料を用いたこと以外は、実施例1で説明したのと同様の方法により、電気二重層キャパシタを完成した。
本例では、以下の方法により電気二重層キャパシタを作成した。
まず、硫黄含量CSが5.8重量%の市販の石油系コークスに炭化処理を施し、その後、これを粉砕して平均粒径を約100μmに調整した。具体的には、石油系コークス粉末を、窒素気流中、750℃で1時間の炭化処理に供した。この炭化処理により得られた生成物について各種測定を実施したところ、以下の結果が得られた。
La=2.08nm
Lc=1.33nm
CS=4.1重量%
次いで、炭化処理後の材料を賦活処理に供した。具体的には、炭化処理後の材料に、重量比で2倍の水酸化カリウムを添加し、この混合物を、不活性雰囲気中、800℃で2時間の熱処理に供した。
d002=0.364nm
La=3.36nm
Lc=0.91nm
CS=0.43重量%
その後、この炭素材料を用いたこと以外は、実施例1で説明したのと同様の方法により、電気二重層キャパシタを完成した。
Claims (7)
- 電気二重層キャパシタの電極材料として使用する炭素材料であって、硫黄含量が0.2重量%以下であることを特徴とする炭素材料。
- X線回折法によって得られる110面についての回折線の半価幅β(ラジアン)及び回折角θと、それに使用したX線の波長λ(nm)と、定数K=1.84とを用いて、等式:La=Kλ/βcosθから算出される結晶子の大きさLaが1nm乃至3nmの範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載の炭素材料。
- 電気二重層キャパシタの電極材料として使用する炭素材料であって、110面についてX線回折法によって測定した回折線の半価幅β(ラジアン)と、その回折角θと、それに使用したX線の波長λと、定数K=1.84とを用いて、等式:La=Kλ/βcosθから算出される結晶子の大きさLaが1nm乃至3nmの範囲内にあることを特徴とする炭素材料。
- 比表面積が500m2/g以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の炭素材料。
- 002面の格子面間隔が0.355nm乃至0.385nmの範囲内にあることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の炭素材料。
- 前記炭素材料の原料は、石油或いは石炭系コークス類であり且つ硫黄含量が0.5重量%以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の炭素材料。
- 互いに対向した一対の分極性電極と、それらの間に介在した非水電解質溶液とを具備し、前記一対の分極性電極の少なくとも一方は請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の炭素材料を含有したことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
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