[发明专利]含氮多孔碳材料和其制造方法以及使用该含氮多孔碳材料的双电层电容器

说明书

技术领域

本发明涉及含氮多孔碳材料和其制造方法以及将该含氮多孔碳材料用于电极的双电层电容器。

背景技术

由于双电层电容器（ELDC）的静电容量大，充放电循环特性也优异，因此在以汽车为代表的各种设备中作为备用电源来使用。在该ELDC中采用用聚四氟乙烯等粘合剂树脂使活性炭形成为板状的可极化电极。

作为可极化电极中使用的活性炭的制造方法，提出有如下方法，即，将有机酸镁等作为铸型（模板），与成为碳前驱体的有机物进行混合、烧成，由此，合成碳和氧化镁（MgO）的复合体，通过酸处理将MgO铸型溶出除去而合成多孔碳的方法（参照专利文献1）。但是，该方法不能制造在合成的碳骨架中固溶有氮的含氮多孔碳材料。

含氮碳材料已知有更适合作为EDLC用电极材料，且以三聚氰胺树脂等含氮量高的高分子为原料而合成的含氮碳材料。在专利文献2中记载有以膨润性的氟云母为模板，使用三聚氰胺树脂、丙烯腈树脂的含氮碳制造法。另外，专利文献3中提出了利用三聚氰胺树脂泡沫的碳化的含氮碳的制造方法。

随着EDLC的高容量化的要求，期望提高该含氮多孔碳材料的表面积，但上述的方法不能获得充分的表面积。另外，由于作为三聚氰胺树脂的原料的三聚氰胺单体因热处理而升华，因此不能直接作为含氮多孔碳材料的原料，难以容易地制造含氮多孔碳材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2008－13394号公报

专利文献2：特开2005－239456号公报

专利文献3：特开2007－269505号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的课题在于，提供一种含氮多孔碳材料和使用该含氮多孔碳材料的高容量双电层电容器，所述含氮多孔碳材料能够以三聚氰胺直接作为原料来进行制造，作为双电层电容器用电极材料显示出优异的特性。

用于解决课题的手段

根据本发明，提供下面的手段：

（1）一种含氮多孔碳材料，其含氮量为0.5～30质量％，比表面积为200～3000m²／g。

（2）如（1）所述的含氮多孔碳材料，其是将三聚氰胺和柠檬酸镁混合，在惰性气氛下加热至700℃以上后，进行冷却、酸洗而得到。

（3）一种双电层电容器用电极材料，其特征在于，其是利用粘合剂树脂将（1）或（2）所述的含氮多孔碳材料结合而制成。

（4）一种双电层电容器，其是将（3）所述的双电层电容器用电极材料用于电极而制成。

（5）一种含氮多孔碳材料的制造方法，其特征在于，具有将三聚氰胺和柠檬酸镁混合，在惰性气氛下加热到700℃以上后，进行冷却、酸洗的工序。

（6）如（5）所述的含氮多孔碳材料的制造方法，将直至700℃以上的保持温度的升温速度设定为1～100℃／分钟。

（7）如（5）或（6）所述的含氮多孔碳材料的制造方法，其特征在于，将在700℃以上的保持时间设定为1～5000分钟。

另外，本发明中的“比表面积”是指用BET法测定的值，含氮率是指通过燃烧分析求得的质量％（无水无灰标准）的值。

本发明的上述及其它特征和优点，从下面的记载中会变得更加明确。

发明效果

在本发明中，将柠檬酸镁用于铸型，从而可以将以往难以碳化的三聚氰胺作为电极用碳材料原料来制造含氮多孔碳材料。该含氮多孔碳材料由于材料中的氮的作用和大的表面积，作为使用水溶液电介质的双电层电容器用电极显示出优异的特性。使用本发明的含氮多孔碳材料的双电层电容器具有高的容量。

具体实施方式

本发明的含氮多孔碳材料可按如下制造，即，将柠檬酸镁和三聚氰胺在惰性气氛下加热，之后，进行冷却、酸洗。在上述加热时，柠檬酸镁的Mg氧化形成微细的氧化镁（MgO），在该MgO粒子周围形成含有来自三聚氰胺的氮的碳膜。将这种生成物用可溶解MgO的酸例如硫酸、盐酸等的溶液进行洗涤而将MgO除去时，由于内部具有孔隙的含氮碳膜残留下来，其成为含氮多孔碳材料。