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公開番号2025085411
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-05
出願番号2023199270
出願日2023-11-24
発明の名称長期信頼性を改善した高信頼性電気二重層キャパシタ用の活性炭及びその製造方法
出願人パワーカーボンテクノロジーコーリミテッド
代理人前田・鈴木国際特許弁理士法人
主分類C01B 32/342 20170101AFI20250529BHJP(無機化学)
要約【課題】長期信頼性を改善した高信頼性電気二重層キャパシタ用活性炭及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、活性化処理前の原材料工程で酸洗浄を進行し、その後、アルカリ系活性剤と混合された炭素材料をCO₂雰囲気下で700℃以上の温度で活性化させるCO₂-アルカリ系複合活性化工程を含む。本発明によれば、酸洗浄により不純物が効果的に除去され、アルカリ活性化(化学活性化)とCO₂活性化(物理的活性化)を同時に進行するCO₂-アルカリ複合活性化により、マイクロ細孔(micro pore)とメソ細孔(meso pore)が同時に発達し、電気二重層キャパシタの電気的特性を向上させ、長期信頼性を向上させることができる。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
炭化した炭素材料が活性化される前に酸洗浄され、アルカリ系活性剤と混合された炭素材料がＣＯ
2
雰囲気下で活性化されたものであり、不純物の含有量が４００ｐｐｍ以下であり、マイクロ細孔(micro pore)とメソ細孔(meso pore)を含むことを特徴とする電気二重層キャパシタ用の活性炭。
続きを表示（約 510 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記活性炭は、活性炭の全細孔体積の中で、細孔の大きさが２nm以下のマイクロ細孔(micro pore)は、３０体積％以上であり、細孔の大きさが２nmを超え、５０nm以下のメソ細孔(meso pore)は、１０体積％以上であることを特徴とする電気二重層キャパシタ用の活性炭。
【請求項３】
炭化した炭素材料を酸洗する洗浄工程、
前記酸洗浄した炭素材料をアルカリ系活性剤と混合し、前記アルカリ系活性剤と混合した炭素材料をＣＯ
2
雰囲気下で７００℃以上の温度で活性化するＣＯ
2
-アルカリ複合活性化工程、
前記ＣＯ
2
-アルカリ複合活性化活性炭を洗浄および乾燥する洗浄／乾燥工程、と
前記洗浄／乾燥された活性炭を熱処理する熱処理工程を含むことを特徴とする電気二重層キャパシタ用の活性炭の製造方法。
【請求項４】
請求項3において、
前記熱処理工程は、洗浄／乾燥された活性炭に還元剤を混合した後、熱処理むことを特徴とする電気二重層キャパシタ用の活性炭の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、長期信頼性を改善した高信頼性電気二重層キャパシタ用活性炭及びその製造方法に関し、より詳細には活性化処理前の原材料段階で酸洗浄を進行して一次的に不純物を除去し、その後アルカリ活性化化学的活性化）とCO
2
活性化（物理的活性化）を同時に行った後、官能基除去のための高温熱処理を進めることにより、不純物及び官能基が効果的に除去され、マイクロ細孔（micro pore）とメソ細孔（meso pore）が同時に発達し、電気二重層キャパシタの電気的特性および長期信頼性を向上させることができる高信頼性電気二重層キャパシタ用活性炭およびその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタ(EDLC; Electric Double Layer Capacitor)は、一般的なバッテリーに比べてエネルギー密度が高く、単位体積当たりの容量が大きく、急激な充/放電が可能である。これにより、電気二重層キャパシタ(EDLC)は、PCなどのメモリーバックアップ小型電源）してはもちろん、電気自動車やハイブリッド車などの電源として使用され、多くの分野での需要が高い。
【０００３】
一般的に、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）は、電極活物質として活性炭（activated carbon）が用いられる。活性炭は、比表面積が高く、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）の電極材料として有用である。電気二重層キャパシタ(ＥＤＬＣ)の容量は、電気二重層に蓄積される電荷量によって決まり、その電荷量は電極の比表面積が大きいほど増加する。これにより、活性炭は多孔質構造により高い比表面積を有するため、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）の容量とエネルギー密度を向上させることができる。
【０００４】
活性炭は、植物系や石油系などの原料(炭素前駆体)を高温で炭化させた炭素材料を得た後、これを多孔質構造に活性化して製造されている。このとき、活性化は、主に炭素材料に水酸化ナトリウム(NaOH)などのアルカリ系活性化剤を混合した後、不活性ガス雰囲気中で加熱する方法(化学的活性化)により行われる。このような活性化の過程でアルカリ金属が炭素結晶層との間に侵入し、反応して活性炭の細孔構造を形成させる。例えば、日本公開特許２００９-２６０１７７号及び日本公開特許２０１０-２４５４８２号等には、これと関連する技術が提示されている。
【０００５】
活性炭の細孔構造、例えば細孔サイズおよび細孔の分布度(体積分率）などは、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）の電気的特性にとって重要な因子として機能する。細孔の大きさや分布度などによって活性炭の比表面積および密度などが変わり、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）の容量、抵抗、エネルギー密度および出力特性などの電気的特性が変わり得る。しかしながら、従来の活性炭およびその製造方法は、不純物の含有量が高く、細孔構造と官能基制御が限定され、電気的特性が低く、長期信頼性を有することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
日本公開特許２００９-２６０１７７号
日本公開特許２０１０-２４５４８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は活性炭の不純物および官能基が除去され、細孔構造（細孔の大きさや分布度など）が改善され、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）の電気的特性を向上させ、長期信頼性を持たせることができる電気二重層キャパシタ用である。活性炭およびその製造方法を提供することが目的である。
【０００８】
具体的には、本発明は活性化処理前の原材料段階で酸洗浄を進行する一次酸洗浄工程を追加して不純物をより安定的に除去し、その後化学的方法と物理的方法の複合活性化を進行して活性化効率を向上させる。比表面積および細孔構造が既存の工程に比べて全体的によく発達するようにし、最終的に熱処理を非常に高い温度に進めることで官能基の含有量を最小化して電気二重層キャパシタ（EDLC）の電気的特性を向上させ、これにより長期信頼性を持たせるできる高信頼性電気二重層キャパシタ用活性炭及びその製造方法を提供することに目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明は、炭化炭素材料が活性化される前に酸洗浄され、アルカリ系活性剤と混合された炭素材料がＣＯ
2
雰囲気下で活性化されたものであり、不純物の含有量が４００ｐｐｍ以下であり、微細孔（マイクロポア）とメソポアを含む電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）用活性炭を提供する。
【００１０】
また、本発明は、活性炭の全細孔容積のうち、細孔の大きさが２ｎｍ以下の微小細孔は３０体積％以上であり、細孔の大きさが２ｎｍを超え、５０ｎｍ以下のメソ細孔は１０体積％以上であることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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