[发明专利]碳纤维制无纺布、碳纤维、以及它们的制造方法、电极、电池、以及过滤器

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维。

背景技术

在蓄电池(例如，锂离子电池、双电层电容器)、燃料电池的领域中，碳纤维备受瞩目。特别是作为上述电池的电极材料，碳纤维制无纺布备受瞩目。上述无纺布由纤维直径约10μm的碳纤维构成。

近年来，从增大表面积的观点出发，要求由纤维直径为10μm以下(例如，约1μm)的碳纤维构成的无纺布。

作为微细的纤维直径的碳纤维，已知通过气相法或电弧放电法制作的碳纳米管。但是，碳纳米管的纤维长度较短。例如，为10μm以下。另外，碳纳米管较昂贵。因此，面向电极材料的应用存在问题。

由此，提出了通过熔喷法或静电纺丝法制作的碳纤维。

例如，提出了通过熔喷法对含碳源(例如，沥青等)热塑性树脂进行纺丝后，将上述热塑性树脂热分解，进行碳化、石墨化的方法(专利文献1、非专利文献1)。根据该方法，得到微细纤维直径的碳纤维。但是，在熔喷法中难以控制纤维直径。通过熔喷法得到的碳纤维的纤维直径的偏差大。

提出了将溶解有碳源(例如，聚丙烯腈等聚合物)的溶液进行静电纺丝后进行碳化、石墨化的方法(静电纺丝法：electrospinning method)(专利文献2~5、非专利文献2)。通过该方法得到的碳纤维的纤维直径的偏差小。但是，上述专利文献2~5中记载的方法中，需要将碳源溶解到溶剂中。硬沥青和中间相沥青的石墨化度高。因此，优选将硬沥青和中间相沥青用作碳源。但是，硬沥青和中间相沥青不溶于溶剂。因此，上述专利文献中，并未将硬沥青和中间相沥青用作碳源。专利文献5中，在静电纺丝后进行利用微波加热的碳化、石墨化。在此，需要炭黑。可以使用炭黑作为碳源。但是，炭黑与聚丙烯腈同样，石墨化度低。因此，仅得到石墨化度低的碳纤维。

提出了使沥青熔融进行静电纺丝，然后进行碳化、石墨化的技术(专利文献6)。

通过该方法得到的碳纤维的纤维直径的偏差小。并且，石墨化度也高。但是，与上述技术不同，仅使用碳化率高的碳源。因此，碳化、石墨化时的收缩少。因此，难以得到纤维直径为1μm以下的碳纤维。而且，专利文献6的技术中，仅使用熔点为300℃以下的软沥青。即，不能使用熔点为300℃以上的硬沥青和中间相沥青。对于该方法而言，原理上只能得到表面平坦的碳纤维。即，无法得到具有本发明的特征的碳纤维。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：H.Ono,A.Oya/Carbon 44(2006)682-686

非专利文献2：Chan Kim,KapSeung Yang,Masahito Koj ima,Kazuto Yoshida,YongJung Kim,Yoong AhmKim,and Morinobu Endo/Adv.Funct.Mater 16(2006)2393-2397

非专利文献3：白井壮士/碳240(2009)250-252

专利文献

专利文献1：日本特开2009-079346

专利文献2：日本特表2009-505931

专利文献3：日本特开2008-270807

专利文献4：日本特开2007-207654

专利文献5：日本再表2006/054636

专利文献6：日本特开2009-203565

发明内容

发明所要解决的问题

本发明所要解决的问题在于，提供表面积大、石墨化度高、纤维直径小、并且偏差小的碳纤维(或者由上述碳纤维构成的无纺布)。

用于解决问题的方法

上述课题能够通过一种碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，具有：

分散液制作工序，制作含有树脂和沥青的分散液；

静电纺丝工序，通过静电纺丝由上述分散液制作由碳纤维前体构成的无纺布；和

改性工序，将通过上述静电纺丝工序得到的无纺布的碳纤维前体改性为碳纤维。

优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述改性工序具有将通过上述静电纺丝工序得到的无纺布加热至50~4000℃的工序。

优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述改性工序具有将通过上述静电纺丝工序得到的无纺布中包含的树脂除去的树脂除去工序。

优选通过上述碳纤维制无纺布的制造方法来解决，其特征在于，上述树脂除去工序为在氧化性气体气氛下对通过上述静电纺丝工序得到的无纺布进行加热的加热工序。