[发明专利]纤维状碳和其制造方法、及非水电解质二次电池用电极混合物层、及非水电解质二次电池用电极、及非水电解质二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及纤维状碳、特别是碳纤维和其制造方法、及使用该纤维状碳形成的非水电解质二次电池用电极混合物层、及具有该电极混合物层的非水电解质二次电池用电极、及具有电极而构成的非水电解质二次电池。

背景技术

碳纳米材料、特别是平均纤维直径为1μm以下极细碳纤维具有高结晶性、高导电性、高强度、高弹性模量、轻量等优异的特性，因此被用作高性能复合材料的纳米填料。其用途不限于以提高机械强度为目的的增强用纳米填料，还产生了碳材料所具备的高导电性，研究了作为各种电池、电容器的电极中的添加材料、电磁波屏蔽材料、抗静电材料用的导电性纳米填料、或者作为在面向树脂的静电涂料中配合的纳米填料的用途。此外，产生了作为碳材料的化学稳定性、热稳定性、微细结构的特征，还期待作为平面显示器等的场致电子发射材料的用途。其中，极为期待通过添加至非水电解质二次电池中而提高导电性。

专利文献1中，公开了经过下述步骤的碳纤维的制造方法：(1)由包含热塑性树脂100质量份、以及选自沥青、聚丙烯腈、聚碳二亚胺、聚酰亚胺、聚苯并唑和芳族聚酰胺中的至少1种热塑性碳前体1~150质量份的混合物形成前体成型体的步骤；(2)对前体成型体施加稳定化处理从而将前体成形体中的热塑性碳前体稳定化而形成稳定化树脂组合物的步骤；(3)由稳定化树脂组合物在减压下去除热塑性树脂从而形成纤维状碳前体的步骤；(4)将纤维状碳前体碳化或石墨化的步骤。通过该方法制造的碳纤维具有良好的特性，但作为将其用作电极材料时的电池特性不充分，要求更大容量、高输出化。

专利文献2中，作为负极的锂离子吸纳材料，记载了La为1000埃(100nm)以上的碳材料。

专利文献3中，记载了石墨晶体的层面方向的广度La与层叠厚度Lc之比(La/Lc)为1.5以上的沥青系碳纤维。实施例中，记载了Lc为35nm、或33nm的碳纤维。该碳纤维的La在计算上达到61nm、56nm。因此，尚未具体公开La为100nm以上的碳纤维。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2009/125857号公报

专利文献2：日本特开平10-134814号公报

专利文献3：日本专利第3031197号公报。

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的在于，提供与以往的碳纤维相比结晶性得到进一步改善的纤维状碳、特别是碳纤维、和其制造方法。进一步，提供使用该纤维状碳形成的非水电解质二次电池用电极混合物层、包含该电极混合物层而构成的非水电解质二次电池用电极、和包含该电极而构成的非水电解质二次电池。

用于解决课题的手段

本发明人等鉴于上述现有技术而反复进行深入研究的结果发现，在纤维状碳的制造步骤中，在碳前体的状态下进行提高其分子取向性的操作，由此能够提高所得纤维状碳的结晶性，从而完成了本发明。

即，解决上述课题的本发明如下所述。

〔1〕 纤维状碳，其特征在于，平均有效纤维长度为1~100μm，通过X线衍射法测定的晶粒长度(La)为100~500nm。

〔1〕所述的纤维状碳为具有规定的有效纤维长度的纤维状的碳材料，是具有高结晶性的纤维状碳。该纤维状碳可以通过能够提高结晶性的规定的制造方法而制造。

〔2〕 根据〔1〕所述的纤维状碳，其中，前述纤维状碳的平均纤维直径为100nm~1μm。

〔2〕所述的纤维状碳是纤维直径小的极细的纤维状碳。

〔3〕 根据〔1〕所述的纤维状碳，其中，前述纤维状碳的硼含量为1质量ppm以下。

〔3〕所述的纤维状碳实质上不含硼，即未掺杂硼的纤维状碳。

〔4〕 根据〔1〕所述的纤维状碳，其中，前述纤维状碳为沥青系碳纤维。

〔4〕所述的纤维状碳是以沥青作为碳前体的纤维状碳。

〔5〕 非水电解质二次电池用电极混合物层，其包含：电极活性物质、和包含〔1〕所述的纤维状碳的碳系导电助剂。

〔5〕所述的非水电解质二次电池用电极混合物层是至少包含粒状的电极活性物质和〔1〕所述的纤维状碳、且在该电极活性物质的颗粒彼此的间隙中至少分散有〔1〕所述的纤维状碳的非水电解质二次电池用电极混合物层。

〔6〕 根据〔5〕所述的非水电解质二次电池用电极混合物层，其中，前述非水电解质二次电池用电极混合物层的厚度为50~5000μm。

〔6〕所述的非水电解质二次电池用电极混合物层是厚膜的非水电解质二次电池用电极混合物层。