[发明专利]电容器用电极活性物质和使用所述电极活性物质的电容器

说明书

技术领域

本发明涉及包含多孔碳材料的电容器用电极活性物质，并且涉及使用所述电容器用电极活性物质的电容器，诸如双电层电容器(EDLC)或锂离子电容器(LIC)。

背景技术

非专利文献1公开了从非晶质材料到石墨的具有各种结构的碳材料可以通过使金属碳化物氯化而制造。根据非专利文献1，生成的碳材料的结构和孔径分布根据金属碳化物的类型和反应条件而变化。

专利文献1公开了将通过使金属碳化物氯化而获得的多孔碳材料用作双电层电容器用电极活性物质。具体地，通过在900℃～1000℃下使TiC与氯反应而生成具有纳米级孔的多孔碳材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2004-513529号公报(PCT申请的译文)

非专利文献

非专利文献1：Volker Presser，Min Heon和Yury Gogotsi，‘Carbide-Derived Carbons-From Porous Networks to Nanotubes and Graphene(源自碳化物的碳-从多孔网络到纳米管和石墨烯)’，ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS(高级功能材料)，pp.810-833(2011)。

发明内容

本发明要解决的技术问题

如上所述，使金属碳化物与氯气反应的方法作为用于生成多孔碳材料的方法是已知的，并且已经研究了将生成的多孔碳材料用作电容器用电极材料。然而，通过氯化反应获得的这种多孔碳材料具有各种结构，因此不一定具有电容器用电极活性物质的最佳结构。因此，期望控制多孔碳材料的精细结构，从而可以尽可能大地增加多孔碳材料作为电容器用电极活性物质的适用性。

解决技术问题的技术方案

本发明的一个方面涉及电容器用电极活性物质，所述电极活性物质包含多孔碳材料，其中所述多孔碳材料具有800m²/g以上的BET比表面积；所述多孔碳材料的用CuKα射线得到的X射线衍射图像在2θ＝40°～50°处具有峰P_k，所述峰P_k包含归属于金刚石晶体的(111)面的峰P_d111的成分；并且当X射线衍射图像具有归属于石墨的(002)面的峰P_G002时，P_G002的强度I_G002对P_k的强度I_k之比(I_G002/I_k)为3.0以下。

在上述多孔碳材料中，P_k包含归属于金刚石晶体的(111)面的峰成分。因此，上述多孔碳材料被认为具有与金刚石的晶体结构相似的晶体结构。在此，已知金刚石晶体通常不具有电子传导性。因此，预期上述多孔碳材料的电子传导性也低。然而，尽管事实上上述多孔碳材料具有与金刚石的晶体结构相似的晶体结构，但上述多孔碳材料仍具有优异的电子传导性。此外，在各向同性方面，电子传导性比代表性碳材料如石墨的电子传导性更好。这种优异的各向同性被认为是源自与金刚石的晶体结构相似的晶体结构。此外，上述多孔碳材料具有优异的机械强度。即使上述多孔碳材料具有800m²/g以上的大的比表面积，也可以充分地保持电容器材料所需的强度。这种优异的机械强度也被认为源自与金刚石的晶体结构相似的晶体结构。

P_k优选位于高于2θ＝43°的角度处。这是因为如果P_k位于高于2θ＝43°的角度处，则上述多孔碳材料被认为包含较大量的金刚石成分。

优选在2θ＝10°处的强度为P_k的强度的3倍以上，更优选为5倍以上。这是因为当满足这种峰强度比时，充分地形成多孔碳材料的孔，在电容特性方面，优选这种多孔碳材料作为电容器用碳材料。

由P_k的半峰宽确定的微晶的尺寸优选为1.0nm～10.0nm。当微晶的尺寸为10.0nm以下时，抑制金刚石晶体的固有特性，并且认为实现更好的电子传导性。当微晶的尺寸为1.0nm以上时，认为实现更好的机械强度和更好的电子传导性的各向同性。

在多孔碳材料的体积基准的孔径分布中，孔径为1nm以下的孔的累积体积优选为总孔体积的80％以上。这显著地增加多孔碳材料的比表面积，这对于空间电荷层的形成是有利的。