碳素材料及使用該碳素材料的電極材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種碳素材料（又名：碳材料，carbon material)及使用該碳素材料 的電極材料以及電化學(xué)元件。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為電化學(xué)元件，已知有鋰離子二次電池和雙電層電容器。
[0003] 通常而言，與雙電層電容器相比，鋰離子二次電池能量密度高，可長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)。
[0004] 另一方面，與鋰離子二次電池相比，雙電層電容器可以進(jìn)行快速充放電，并且重復(fù) 使用壽命長(zhǎng)。
[0005] 另外，近年來(lái)開發(fā)了鋰離子電容器，其作為電化學(xué)元件，兼具了這種鋰離子二次電 池和雙電層電容器各自的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而，為了降低成本，還開發(fā)了鈉離子電容器（鈉離子型蓄 電設(shè)備）。
[0006] 例如，作為雙電層電容器，本申請(qǐng)人在專利文獻(xiàn)1中提供了"一種雙電層電容器用 電極材料，其使用聚苯胺/碳素復(fù)合體，所述聚苯胺/碳素復(fù)合體是將聚苯胺或其衍生物與 選自活性炭、科琴黑、乙炔黑及爐黑的碳素類材料復(fù)合化而成，上述聚苯胺或其衍生物是對(duì) 分散于非極性有機(jī)溶劑中的導(dǎo)電性聚苯胺或其衍生物進(jìn)行堿處理并去摻雜而得"。
[0007] 同樣，在專利文獻(xiàn)2中提供了"一種復(fù)合體，其是具有氮原子的導(dǎo)電性高分子和 多孔質(zhì)碳素材料的復(fù)合體，上述導(dǎo)電性高分子鍵合在上述多孔質(zhì)碳素材料的表面，使上述 導(dǎo)電性高分子及上述多孔質(zhì)碳素材料混合后，在低于通過(guò)熱重分析而測(cè)量出的上述導(dǎo)電性 高分子分解溫度20°C以上的溫度下，實(shí)施熱處理，再去摻雜，從而獲得所述復(fù)合體，其根據(jù) BJH法測(cè)量的直徑為0. 5~100.0 nm的總細(xì)孔的總細(xì)孔容積為0. 3~3. 0cm3/g，相對(duì)于上 述總細(xì)孔容積，根據(jù)BJH法測(cè)量的直徑為2. Onm以上且小于20.0 nm的細(xì)孔的細(xì)孔容積比率 為10%以上"。
[0008] 再者，作為鋰離子電容器，本申請(qǐng)人在專利文獻(xiàn)3中提供了"一種鋰離子電容器用 電極材料，其含有具有氮原子的導(dǎo)電性高分子和多孔質(zhì)碳素材料的復(fù)合體作為活性物質(zhì)， 上述導(dǎo)電性高分子鍵合在上述多孔質(zhì)碳素材料的表面，使上述導(dǎo)電性高分子及上述多孔質(zhì) 碳素材料混合后，在低于通過(guò)熱重分析而測(cè)量出的上述導(dǎo)電性高分子分解溫度20°C以上的 溫度下，實(shí)施熱處理，再去摻雜，從而獲得所述電極材料，其根據(jù)BJH法測(cè)量的直徑為0. 5~ 100.0 nm的總細(xì)孔的總細(xì)孔容積為0. 3~3. 0cm3/g，相對(duì)于上述總細(xì)孔容積，根據(jù)BJH法測(cè) 量的直徑為2. Onm以上且小于20.0 nm的細(xì)孔的細(xì)孔容積比率為10%以上"。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)
[0011] 【專利文獻(xiàn)1】日本專利特許第4294067號(hào)公報(bào)
[0012] 【專利文獻(xiàn)2】日本專利特許第5110147號(hào)公報(bào)
[0013] 【專利文獻(xiàn)3】日本專利特許第5041058號(hào)公報(bào)
[0014] 發(fā)明的概要
[0015] 發(fā)明擬解決的問(wèn)題
[0016] 本發(fā)明者等對(duì)專利文獻(xiàn)1~3中記載的電極材料及復(fù)合體進(jìn)行研究后明確，例如 在使用按比例放大后制作的電極材料及復(fù)合體等情況下，電化學(xué)元件的靜電容量有改善的 余地。
[0017] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種可以獲得高靜電容量電化學(xué)元件的電極材料以 及電極材料中使用的碳素材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明者等經(jīng)過(guò)銳意研究后發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用比表面積及亞甲基藍(lán)吸附性能在特定 范圍內(nèi)且規(guī)定的拉曼光譜顯示有特定數(shù)量譜峰的碳素材料作為電極材料，可以獲得高靜電 容量的電化學(xué)元件，從而完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明提供以下（1)~（9)。
[0019] (1) 一種碳素材料，其比表面積為750~3000m2/g，
[0020] 亞甲基藍(lán)吸附性能為大于等于150ml/g，
[0021] 通過(guò)激發(fā)波長(zhǎng)532nm的激光拉曼光譜法得出的光譜在1250~1700cm 1范圍內(nèi)至 少顯示有三個(gè)譜峰。
[0022] (2)如上述⑴所述的碳素材料，其特征在于，Zeta電位的等電點(diǎn)在pH3.0~ pH5. 5范圍內(nèi)。
[0023] (3)如上述⑴或⑵所述的碳素材料，其由多孔質(zhì)碳素材料和導(dǎo)電性高分子的復(fù) 合體組成。
[0024] (4)如上述（3)所述的碳素材料，其特征在于，上述導(dǎo)電性高分子是含有氮原子的 導(dǎo)電性高分子以及/或者含有硫原子的導(dǎo)電性高分子。
[0025] (5)如上述（4)所述的碳素材料，其特征在于，上述含有氮原子的導(dǎo)電性高分子是 選自由聚苯胺、聚吡咯、聚吡啶、聚喹啉、聚噻唑、聚喹喔啉及這些物質(zhì)的衍生物所組成的群 組中的至少一種。
[0026] (6)如上述⑷或（5)所述的碳素材料，其特征在于，上述具有硫原子的導(dǎo)電性高 分子是選自由聚噻吩、聚環(huán)戊并二噻吩及這些物質(zhì)的衍生物所組成的群組中的至少一種。
[0027] (7)如上述⑶所述的碳素材料，其特征在于，上述導(dǎo)電性高分子是選自由聚芴及 其衍生物所組成的群組中的至少一種。
[0028] (8) -種電極材料，其使用上述⑴至（7)中任一項(xiàng)所述的碳素材料。
[0029] (9) -種電化學(xué)元件，其使用上述⑶所述的電極材料。
[0030] 發(fā)明的效果
[0031] 如下所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種可以獲得高靜電容量電化學(xué)元件的電極材 料以及電極材料中使用的碳素材料。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1是表示實(shí)施例1及標(biāo)準(zhǔn)例中所配制的碳素材料的拉曼光譜的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 〔碳素材料〕
[0034] 本發(fā)明的碳素材料是如下所述的碳素材料：比表面積為750~3000m2/g，亞甲基 藍(lán)吸附性能為大于等于150ml/g，通過(guò)激發(fā)波長(zhǎng)532nm的激光拉曼光譜法得出的光譜（以 下，有時(shí)也會(huì)簡(jiǎn)稱為"拉曼光譜"）在1250~1700cm 1范圍內(nèi)至少顯示有三個(gè)譜峰。
[0035] 這里，"比表面積"是依照J(rèn)IS K1477 :2007中規(guī)定的試驗(yàn)方法，使用氮吸附BET法 進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量值。
[0036] 這里，"亞甲基藍(lán)吸附性能"是指依照J(rèn)IS K1474 :2007中規(guī)定的活性炭試驗(yàn)方法， 由亞甲基藍(lán)溶液的吸附量計(jì)算出的數(shù)值。
[0037] 另外，"拉曼光譜"是指針對(duì)因拉曼效應(yīng)而散射的光，表示何種波長(zhǎng)的光以 何種程度的強(qiáng)度被散射的光譜，在本發(fā)明中，是指使用激光顯微拉曼光譜儀Holo Lab 5000R(Kaiser Optical System Inc.制造），以532nm的激發(fā)波長(zhǎng)測(cè)量的光譜。
[0038] 通過(guò)使用這種碳素材料作為電極材料，可以獲得高靜電容量的電化學(xué)元件。
[0039] 詳細(xì)原因雖然尚不明確，但本發(fā)明者等推測(cè)如下。
[0040] 首先，規(guī)定本發(fā)明的碳素材料的比表面積范圍（750~3000m2與活性炭等多孔質(zhì) 碳素材料的比表面積相同，并且，如后述實(shí)施例及比較例所述，規(guī)定與專利文獻(xiàn)1中記載的 電極材料比表面積不同。
[0041] 此外，和比表面積一樣，規(guī)定本發(fā)明的碳素材料的亞甲基藍(lán)吸附性能值與多孔質(zhì) 碳素材料的值相同，并且，如后述實(shí)施例及比較例所述，規(guī)定與專利文獻(xiàn)1中記載的電極材 料的亞甲基藍(lán)吸附性能不同。
[0042] 另外，本發(fā)明的碳素材料的拉曼光譜規(guī)定（在1250~1700cm1范圍內(nèi)至少顯示有 三個(gè)譜峰）是指，除了在約1350cm 1和約1600cm 1處出現(xiàn)的、在眾所周知的碳素材料（例如 活性炭、炭黑等）中發(fā)現(xiàn)的來(lái)自SP2結(jié)合碳的譜峰外，還至少顯示有一個(gè)譜峰，規(guī)定本發(fā)明 的碳素材料并非僅由多孔質(zhì)碳素材料構(gòu)成。
[0043] 根據(jù)以上內(nèi)容推斷，本發(fā)明的碳素材料雖然表面性狀和多孔質(zhì)碳素材料相同，但 其內(nèi)部（例如，多孔質(zhì)碳素材料的細(xì)孔內(nèi)）有選擇地存在有機(jī)材料（例如，后述導(dǎo)電性高分 子），因此不會(huì)產(chǎn)生接觸電阻，不會(huì)阻礙存在于電解質(zhì)中的支持電解質(zhì)的吸附（獲?。?，從而 可以提高靜電容量。
[0044] 從支持電解質(zhì)的吸附/解吸方面考慮，本發(fā)明的碳素材料的比表面積優(yōu)選為 750 ~2800m2/g，更優(yōu)選為 800 ~2600m2/g。
[0045] 此外，本發(fā)明