[发明专利]碳纤维材料、碳纤维材料制造方法、具有所述碳纤维材料的材料

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维材料的技术。

背景技术

在蓄电池(例如，锂离子电池、电双层电容器)和燃料电池的领域中，碳纤维深受关注。特别是，作为所述电池的电极材料和导电助剂，碳纤维制不织布深受关注。所述不织布由纤维直径10μm左右的碳纤维形成。

近年来，从表面积增大的观点来看，迫切需要由纤维直径10μm以下(例如，1μm左右)的碳纤维形成的不织布。

于是，提出了这样一种技术，在对沥青进行熔融并进行静电纺丝后，进行碳化、石墨化(专利文献1)。

以该方法得到的碳纤维，纤维直径的偏差小。并且，石墨化程度也高。但是，只有碳化率高的碳源才能够使用。为此，碳化、石墨化时的收缩少。因此，纤维直径1μm以下的碳纤维很难得到。而且，在专利文献1的技术中，只能使用熔点在300℃以下的软沥青。即，不能使用熔点在300℃以上的硬沥青和中间相沥青。再有，因必须一边加热沥青一边施加电压，所以，装置复杂，且生产性不好。

作为纤维直径10μm以下(例如，1μm左右)的碳纤维的制造方法，提出了这样一种方法，在将含有碳源的树脂静电纺丝后，进行碳化处理，并进行解体粉碎(专利文献2)。根据该方法，并不需要使用金属催化剂。并且，所得到的碳纤维导电性比较高。但是，当作为电池材料使用时，要求电阻低。并且，近年来，要求进一步提高导电性。另外，在专利文献2的技术中，因使用静电纺丝法，因此生产性不高。为此，成本较高。

专利文献

专利文献1：日本特开2009-203565

专利文献2：日本特许第四697901

发明内容

本发明所要解决的第一问题是提供低廉且导电性高的碳纤维材料(碳纤维和碳纤维制的不织布)。

本发明所要解决的第二问题是提供纤维直径小且纤维直径的偏差也少、并且金属粉混入少的碳纤维材料(碳纤维和碳纤维制的不织布)。

上述第一问题通过一种碳纤维材料制造方法来解决，该碳纤维材料制造方法包括分散液制作工序、离心纺丝工序和改性工序，

所述分散液制作工序是制作含有树脂和碳颗粒的分散液的工序，

所述离心纺丝工序是从所述分散液制作由碳纤维前驱体形成的不织布的工序，

所述改性工序是所述碳纤维前驱体改性为碳纤维的工序。

上述碳纤维材料制造方法，优选地，供离心纺丝工序的分散液由同轴双圆筒型黏度计测得的黏度为10～10000mPa·S。

上述碳纤维材料制造方法，优选地，供离心纺丝工序的分散液的固体成分浓度为0.1～50质量％。

上述碳纤维材料制造方法，优选地，离心纺丝工序中的离心纺丝装置的圆盘的转数为1000～100000rpm。

上述碳纤维材料制造方法，优选地，供离心纺丝工序的分散液至少含有沥青。

上述碳纤维材料制造方法，优选地，还包括使不织布解体的解布工序，碳纤维材料是碳纤维。

上述第一问题通过一种碳纤维材料来解决，该碳纤维材料由上述碳纤维材料制造方法而得。

上述碳纤维材料，优选地，碳纤维材料的碳纤维具有碳纤维的直径大的大直径部和碳纤维的直径小的小直径部，所述大直径部其直径为20nm～5μm，所述小直径部其直径为10nm～3μm，所述大直径部中的直径＞所述小直径部中的直径。

本发明提供一种用于电气设备的构件，所述构件使用上述碳纤维材料形成。

所述构件例如是电池的电极。例如是锂离子二次电池的电极，含有由碳纤维材料形成的导电助剂。例如是电容器的电极。例如是燃料电池用多孔碳电极基材。

本发明提供一种电气设备，包括上述用于电气设备的构件。

本发明提供一种过滤器，所述过滤器使用上述碳纤维材料形成。

本发明提供一种高分子复合材料，所述高分子复合材料使用上述碳纤维材料形成。

本发明的效果是能够以低廉的成本获得导电性高的碳纤维材料(碳纤维或碳纤维制不织布)。

附图说明

图1是离心纺丝装置的简要侧视图。

图2是离心纺丝装置的简要俯视图。

图3是锂离子电池的负极的简要剖面图。

图4是锂离子电容器的负极的简要剖面图。

图5是燃料电池的燃料极的简要剖面图。

图6是SEM照片。

图7是充放电特性图。

图8是SEM照片。

图9是SEM照片。