JP2014013671A - 複合炭素繊維 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】繊維径5nm以上30nm以下の多層カーボンナノチューブと繊維径50nm以上300nm以下の黒鉛化カーボンナノファイバーを含む複合炭素繊維であって、前記黒鉛化カーボンナノファイバー間および前記黒鉛化カーボンナノファイバー表面近傍に前記多層カーボンナノチューブが均質に分散している複合炭素繊維。
【選択図】図7
Description
〔1〕繊維径5nm以上30nm以下の多層カーボンナノチューブと繊維径50nm以上300nm以下の黒鉛化カーボンナノファイバーを含む複合炭素繊維であって、前記黒鉛化カーボンナノファイバー間および前記黒鉛化カーボンナノファイバー表面近傍に前記多層カーボンナノチューブが均質に分散している複合炭素繊維。
〔2〕圧縮密度0.8g/cm3における圧密比抵抗が、前記多層カーボンナノチューブ単独で測定した圧縮密度0.8g/cm3における圧密比抵抗より低く、かつ前記黒鉛化カーボンナノファイバー単独で測定した圧縮密度0.8g/cm3における圧密比抵抗より低い〔1〕に記載の複合炭素繊維。
〔4〕前記多層カーボンナノチューブの酸化開始温度が400℃以上550℃以下であり、前記黒鉛化カーボンナノファイバーの酸化開始温度が600℃以上700℃以下である〔1〕〜〔3〕のいずれかひとつに記載の複合炭素繊維。
〔5〕前記多層カーボンナノチューブの量が複合炭素繊維中に1質量%以上50質量%以下である〔1〕〜〔4〕のいずれかひとつに記載の複合炭素繊維。
〔6〕凝集サイズ1μm以上の多層カーボンナノチューブ凝集体を実質的に含まない〔1〕〜〔5〕のいずれかひとつに記載の複合炭素繊維。
〔7〕荷重1000N以上で圧縮したときの黒鉛化カーボンナノファイバーの密度ρ0に対する同一荷重で圧縮したときの複合炭素繊維の密度ρの比(ρ/ρ0)が0.95以上である〔1〕〜〔6〕のいずれかひとつに記載の複合炭素繊維。
〔9〕レーザー回折粒度測定による体積基準累積粒度分布における50%粒子径(D50)が5μm以上20μm以下である〔8〕に記載の複合炭素繊維からなる凝集体。
〔9〕〔1〕〜〔9〕のいずれかひとつに記載の複合炭素繊維または複合炭素繊維凝集体を含有する電池用電極。
本発明においては、繊維径50nm以上300nm以下の黒鉛化カーボンナノファイバー100質量部に対する繊維径5nm以上30nm以下の多層カーボンナノチューブの量は1質量部以上100質量部以下、好ましくは5質量部以上90質量部以下、より好ましくは10質量部以上80質量部以下である。
担持触媒法は、無機担体上に触媒金属を担持してなる触媒を用いて、炭素源を気相中で反応させて炭素繊維を製造する方法である。
無機担体としてはアルミナ、マグネシア、シリカチタニア、炭酸カルシウムなどが挙げられる。無機担体は粉粒状であることが好ましい。触媒金属としては鉄、コバルト、ニッケル、モリブデン、バナジウムなどが挙げられる。担持は、触媒金属元素を含む化合物の溶液を担体に含浸させることによって、触媒金属元素を含む化合物および無機担体を構成する元素を含む化合物の溶液を共沈させることによって、またはその他の公知の担持方法によって行うことができる。
炭素源としてはメタン、エチレン、アセチレンなどが挙げられる。反応は、流動層、移動層、固定層などの反応容器内において行うことができる。反応容器内の温度は好ましくは500℃〜800℃に設定する。炭素源を反応容器に供給するためにキャリアガスを用いることができる。キャリアガスとしては、水素、窒素、アルゴンなどが挙げられる。反応時間は好ましくは5〜120分間である。
浮遊触媒法は、炭素源であるベンゼンに触媒源であるフェロセンおよび硫黄化合物を溶解した原料液またはそれをガス化したものを水素などのキャリアガスを用いて1000℃以上に加熱した流通系反応炉に導入して炭素繊維を得る方法である。一般的に反応初期に触媒金属を起点にしてホローチューブが形成され、炭素繊維のおおよその長さが決定される。その後、ホローチューブ表面に熱分解炭素が堆積し、径方向の成長が進行し、年輪状の炭素構造が形成される。したがって、繊維径の調整は、反応中の炭素繊維上への熱分解炭素の堆積量、すなわち反応時間、雰囲気中の原料濃度、反応温度を制御することにより可能である。この反応により得られるカーボンナノファイバーは、結晶性の低い熱分解炭素により覆われているため導電性が低いことがある。そこで、炭素繊維の結晶性を上げるためにアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で800〜1500℃で熱処理を行い、次いで2000〜3000℃で黒鉛化処理を行う。黒鉛化処理は同時に触媒金属を蒸発除去することができ、カーボンナノファイバーの高純度化が可能となる。
本発明の一実施形態に係る複合炭素繊維においては、前記黒鉛化カーボンナノファイバー表面及び前記黒鉛化カーボンナノファイバー間において多層カーボンナノチューブが均質に分散している。この分散状態は、図7に示すように、ゆるい状態に解れたカーボンナノチューブの隙間をカーボンファイバーが貫通し、該カーボンファイバーの表面に解れた状態のカーボンナノチューブが絡みついたような状態である。
本発明の一実施形態に係る複合炭素繊維における分散状態は図8に示す状態とは全く相違し、極めて特異な状態である。
多層カーボンナノチューブ凝集体が存在する複合炭素繊維の荷重−圧縮密度カーブは、黒鉛化カーボンナノファイバー単独で見られる荷重−圧縮密度カーブから外れる。すなわち、荷重1000N以上で圧縮したときの黒鉛化カーボンナノファイバーの密度ρ0に対する同一荷重で圧縮したときの複合炭素繊維の密度ρの比(ρ/ρ0)が0.95未満である。
ただし、粉末中の多層カーボンナノチューブの存在比率が5質量%未満の場合、この方法だけでは凝集体の有無を判断することができない。したがって、粉体の走査電子顕微鏡観察と合わせて評価する必要がある。
試料粉末をカーボンテープに付着させ、金蒸着したものを観察試料とし、日本電子社製JSM−6390で観察を行った。
(分散状態)
走査電子顕微鏡にて20k倍で10視野を観察し、ゆるい状態に解れたカーボンナノチューブの隙間をカーボンナノファイバーが貫通し、該カーボンナノファイバーの表面近傍に解れた状態のカーボンナノチューブが絡みついたような状態になっているかで判断した。10視野中8視野以上で上記分散状態が観察された場合を「黒鉛化カーボンナノファイバー表面及び前記黒鉛化カーボンナノファイバー間において多層カーボンナノチューブが均質に分散している」として、表2では「良好」と記した。10視野中2視野未満で上記分散状態が観察された場合を「黒鉛化カーボンナノファイバー表面及び前記黒鉛化カーボンナノファイバー間において多層カーボンナノチューブが均質に分散していない」として、表2では「不良」と記した。また、10視野中2視野以上7視野未満で上記分散状態が観察された場合を「黒鉛化カーボンナノファイバー表面及び前記黒鉛化カーボンナノファイバー間において多層カーボンナノチューブが概ね均質に分散している」として、「概ね良好」と評価した。1視野は70μm×70μmである。
走査電子顕微鏡にて2k倍で10視野観察し、凝集サイズ1μm以上のカーボンナノチューブ凝集体を含む視野が10視野中1視野以下の場合を「凝集サイズ1μm以上のカーボンナノチューブ凝集体を実質的に含まない」として、表2では「無し」と記した。凝集サイズ1μm以上のカーボンナノチューブ凝集体を含む視野が10視野中2視野以上の場合を「凝集サイズ1μm以上のカーボンナノチューブ凝集体を実質的に含む」として、表2では「在り」と記した。1視野は70μm×70μmである。
なお、2k倍で観察したときにミクロンオーダーの球状物が認められた場合、10k以上の倍率でその球状物を再度観察し、それが多層カーボンナノチューブの凝集体であるかどうかを再確認した。
走査電子顕微鏡にて20k倍で繊維100本以上の径を計測し、それらを平均したものを繊維径とした。
(カーボンナノファイバーの繊維長)
走査電子顕微鏡にて10k倍以上でパノラマ的に繊維を撮影し、繊維の両端が測定できる視野を準備した。繊維100本以上の長さを計測し、それらを平均したものを繊維長とした。
試料粉末をエタノール中に少量採取し、超音波照射によって分散させた。それをカーボンマイクログリッド(支持膜付)に保持させた。それを観察試料とし、日立製作所社製 9500で観察を行った。
(多層カーボンナノチューブの繊維径)
透過電子顕微鏡にて100k倍で繊維100本以上の径を計測し、それらを平均したものを繊維径とした。
(多層カーボンナノチューブの繊維長)
透過電子顕微鏡にて100k倍以上でパノラマ的に繊維を撮影し、繊維の両端が測定できる視野を準備した。繊維50本以上の長さを計測し、それらを平均したものを繊維長とした。
図14に示す測定治具を用いた。セル4は、平面積(1×4)cm2、深さ10cmの樹脂製で、被測定物5に電流を流すための銅板製の電流端子3と、途中に電圧測定様端子1を備えている。セル4に一定量の試料を入れ、上部から圧縮ロッド2に力をかけ試料を圧縮する。試料に電流0.1Aを流し、嵩密度0.8g/cm3の時点で容器底部から差し込まれた2つの電圧測定用端子1の2.0cm間の電圧を読み、以下の式から比抵抗Rを算出した。
R=(E/0.1)×D/2
式中、Rは比抵抗[Ωcm]、Dは粉体の電流方向の断面積(深さ×幅)=10d[cm2]、Eは端子間電圧[V]である。
この比抵抗は加圧条件により変化する、低加圧の時は高い比抵抗を示すが、加圧を増すに従って比抵抗が低くなる。ある加圧値以上ではほぼ一定値となる。本実施例では、嵩密度0.8g/cm3に圧縮した時の比抵抗を圧密比抵抗とした。
ユアサアイオニクス社製NOVA1000を用いて液体窒素温度下(77K)における窒素ガス吸着量を求め、BET法で算出した。
試料水平型多目的X線回折装置(Ultima IV、リガク社製)を用いて、学振法(最新の炭素材料実験技術(分析・解析編)、炭素材料学会編)に従い、シリコン粉末を内部標準として測定を実施した。
熱分析にはエスアイアイ・ナノテクノロジー社製のEXSTAR6000 TG/DTAを用いた。白金パンの上に試料を10mg載せ、熱分析測定条件は空気100ml/分流通下、10℃/分にて1000℃まで昇温した。
試料20〜40mgをテフロン製ビーカーに採取し、硫酸2mlを添加、テフロン製時計皿を載せて、300℃に設定したセラミックヒータ上に載せて30分間加熱した。次いで5分間程度放冷した。これに硝酸0.5mlを添加しさらに加熱した。内容物が目視で見えなくなるまで前記硝酸添加を繰り返した。それを室温まで冷却し、純水約20ml、および50%−フッ酸0.5mlを添加し、60〜70℃のホットプレート上で2時間加熱した。ビーカーの内容物をポリプロピレン製容器に移し50mlに定容し、ICP発光分析装置(エスアイアイナノテクノロジー社製 Vista−PRO)により鉄とモリブデンを定量した。
秤量した試料0.007gを純水20mlの入ったビーカーに入れ、これにトリトン希釈液(100倍純水希釈)0.2gを滴下した。前記ビーカーを超音波分散機で5分間処理した。その後、ビーカーに純水30mlを加え再度超音波分散機で3分間処理した。日機装社製 マイクロトラックHRAにより、分散液の粒度を測定した。
窒素ガスをフローした200℃の加熱炉に試料を入れ、フローした窒素ガスをカールフィッシャー水分計(平沼産業社製 AQ−2200F)の測定セルに導入し、水分を測定した。滴定終点までの積分値を含有水分量とした。
製造例1(触媒調製)
水酸化アルミニウム(昭和電工社製ハイジライト(登録商標)M−43)を空気が流れている雰囲気下で850℃、2時間熱処理して、担体を調製した。
300mlトールビーカーに純水50gを入れ、それに担体4.0gを添加し分散させて、担体スラリーを調製した。
50mlビーカーに純水16.6gを入れ、それに七モリブデン酸六アンモニウム四水和物(純正化学社製)0.32gを添加し溶解させた。その後、硝酸鉄(III)九水和物(関東化学社製)7.23gを添加し溶解させて触媒溶液を調製した。
また、別の50mlビーカーに純水32.7gを入れ、それに炭酸アンモニウム(関東化学社製)8.2gを添加し溶解させてpH調整液を調製した。
担体スラリーが入ったトールビーカーに撹拌子を入れ、マグネティックスターラーの上に載せて撹拌した。前記スラリーのpHが6.0±0.1に維持されるようにpH計で管理しながら触媒溶液およびpH調整液のそれぞれをパスツールピペットで担体スラリーに滴下した。触媒溶液を担体スラリーに全量投入するのに15分間要した。トールビーカーの内容物をろ紙(5C)で分離し、ろ紙上のケーキに純水50gを散布して洗浄した。洗浄したろ過ケーキを磁性皿に移し、それを120℃の熱風乾燥器にて6時間乾燥した。得られた乾燥物を乳鉢で粉砕して、多層カーボンナノチューブ合成用触媒を得た。
製造例1で得られた触媒1.0gを石英ボートに載せた。これを横型管状炉(石英管:内径50mm、長さ1500mm、均熱帯600mm)内の中央に置いた。該横型管状炉に窒素ガスを500ml/分で流しながら、30分間かけて680℃まで昇温した。その後、窒素ガスの供給を停止し、エチレンと水素との混合ガス(エチレン濃度50体積%)を2000ml/分で流し、20分間反応させて、多層カーボンナノチューブを合成した。混合ガスの供給を停止し、窒素ガスを供給し、室温まで冷却し、多層カーボンナノチューブを炉から採り出した。
表1に繊維形状および粉体物性を示す。図2に透過電子顕微鏡写真を、図3に凝集体の走査電子顕微鏡写真を、図5に繊維径分布を示す。
セイシン企業社製 ジェットミルSTJ−200を用いて、プッシャーノズル圧0.64MPa、グライディングノズル圧0.60MPaの条件で、製造例2で合成された多層カーボンナノチューブを6kg/hで供給して粉砕した。凝集体の体積基準累積粒度分布における50%粒子径D50は10μmであった。
表1に繊維形状および粉体物性を、図6に熱分析の結果を、図10、11に荷重と圧縮密度の関係を示す。
内径370mm、長さ2000mmの反応管とヒータから構成される反応器を用意した。反応管上部には原料を供給するための2流体混合ノズルを配置し、反応管の下部にはコンベアを配置し、バグフィルターを設置したタンクに接続した。バグフィルターを通過した可燃性ガスは焼却炉で燃焼させた。
フェロセン0.49kgと硫黄0.01kgをベンゼン13.5kgに溶解し、原料液(原料液中のフェロセン3.5質量%、硫黄0.08質量%)を調製した。
調製した前記原料液を360g/分、水素を700NL/分で供給し、2流体ノズルで原料液を反応管内に噴霧し、1300℃に加熱した反応炉内を通過させて炭素繊維を合成した。2時間原料を供給した後、原料液及び水素の供給を停止し、窒素を供給し可燃性ガスを追い出した。
製造例4により得られたカーボンナノファイバーを黒鉛坩堝(外径100mm、内径85mm、長さ200mm)に80g充填し、焼成炉(内径120mm)にセットした。アルゴン雰囲気下で1200℃まで4時間かけて昇温し、1時間保持してカーボンナノファイバーに付着しているタール分を除去した。焼成後、黒鉛坩堝から回収した焼成カーボンナノファイバーをジューサーミキサー(パナソニック社製ファイバーミキサーMX−X57)で1分間解砕した。
表1に繊維形状および粉体物性を示す。図6に熱分析の結果を示す。
製造例5により得られた焼成カーボンナノファイバーを黒鉛坩堝に充填し、高周波加熱炉(内径120mm)にセットした。アルゴン雰囲気下で2800℃まで4時間かけて昇温し、1時間保持してカーボンナノファイバーを黒鉛化した。黒鉛化処理後、黒鉛坩堝から回収した黒鉛化カーボンナノファイバーを躍進機械製作所社製気流粉砕機KV−3ラボユニットにて、回転数5000rpmで粉砕を行った。
表1に繊維形状および粉体物性を示す。図1に走査電子顕微鏡写真を、図4に繊維径分布を、図6に熱分析の結果を、図10および11に荷重と圧縮密度の関係を示す。
2Lビーカーに純水1470gと攪拌子を入れ、マグネチックスターラーの上に載せた。製造例6により得られた黒鉛化カーボンナノファイバー29.4gと製造例3により得られた多層カーボンナノチューブ粉砕品0.6gとを秤量し、純水に投入して5分間攪拌した。その後、吉田機械興行社製ナノヴェイタのタンクに前記混合液を投入した。
タンク内の混合液を圧送ポンプでスラリーポンプへ移送し、スラリーポンプでストレートノズル(ノズル径190μm)へ150MPaで圧入した。ストレートノズルで高圧分散処理した液を熱交換器を通過させて2Lのビーカーに回収した。混合液のストレートノズルへの通過回数は1回とした。
高圧分散処理した液を、水流ポンプによる減圧条件でろ紙(5C)をセットしたヌッチェにてろ過した。ろ紙上のケーキ状固形物がひび割れし、減圧状態(−750mmHg)から大気圧近く(−150mmHg)になった時点でろ過を終了した。
得られたケーキ状固形物を磁性皿に入れ、150℃に設定した熱風乾燥機を用いて9時間乾燥した。
乾燥凝集した複合炭素繊維をジューサーミキサーで1分間解砕し、複合炭素繊維を得た。1μm以上の凝集体の有無および粉体物性を表2に示す。
2Lビーカーに純水1470gと攪拌子を入れ、マグネチックスターラーの上に載せた。製造例6により得られた黒鉛化カーボンナノファイバー27.0gと製造例3により得られた多層カーボンナノチューブ粉砕品3.0gとを秤量し、純水に投入して5分間攪拌した。その後、吉田機械興行社製ナノヴェイタのタンクに前記混合液を投入した。
前記混合液を実施例1と同じ手法で高圧分散処理、固液分離、次いで乾燥させて複合炭素繊維を得た。1μm以上の凝集体の有無および粉体物性を表2に示す。得られた複合炭素繊維の走査電子顕微鏡写真を図7に示す。粒度分布を図9に示す。また、荷重と圧縮密度の関係を図10および11に示す。
2Lビーカーに純水1470gと攪拌子を入れ、マグネチックスターラーの上に載せた。製造例6により得られた黒鉛化カーボンナノファイバー24.0gと製造例3により得られた多層カーボンナノチューブ粉砕品6.0gとを秤量し、純水に投入して5分間攪拌した。その後、吉田機械興行社製ナノヴェイタのタンクに前記混合液を投入した。
前記混合液を実施例1と同じ手法で高圧分散処理、固液分離、次いで乾燥させて複合炭素繊維を得た。1μm以上の凝集体の有無および粉体物性を表2に示す。
2Lビーカーに純水1470gと攪拌子を入れ、マグネチックスターラーの上に載せた。製造例5により得られた焼成カーボンナノファイバー27.0gと製造例3により得られた多層カーボンナノチューブ粉砕品3.0gとを秤量し、純水に投入して5分間攪拌した。その後、吉田機械興行社製ナノヴェイタのタンクに前記混合液を投入した。
前記混合液を実施例1と同じ手法で高圧分散処理、固液分離、次いで乾燥させて複合炭素繊維を得た。1μm以上の凝集体の有無および粉体物性を表2に示す。
2Lビーカーに純水1470gと攪拌子を入れ、マグネチックスターラーの上に載せた。製造例5により得られた焼成カーボンナノファイバー24.0gと製造例3により得られた多層カーボンナノチューブ粉砕品6.0gとを秤量し、純水に投入して5分間攪拌した。その後、吉田機械興行社製ナノヴェイタのタンクに前記混合液を投入した。
前記混合液を実施例1と同じ手法で高圧分散処理、固液分離、次いで乾燥させて複合炭素繊維を得た。1μm以上の凝集体の有無および粉体物性を表2に示す。
製造例6により得られた黒鉛化カーボンナノファイバー4.9gと製造例3により得られた多層カーボンナノチューブ粉砕品0.1gとを秤量し、ジューサーミキサーで1分間混合し、混合炭素繊維を得た。1μm以上の凝集体の有無および粉体物性を表2に示す。
製造例6により得られた黒鉛化カーボンナノファイバー4.5gと製造例3により得られた多層カーボンナノチューブ粉砕品0.5gとを秤量し、ジューサーミキサーで1分間混合し、混合炭素繊維を得た。1μm以上の凝集体の有無および粉体物性を表2に示す。得られた混合炭素繊維の走査電子顕微鏡写真を図8に示す。荷重と圧縮密度の関係を図10および11に示す。黒鉛化カーボンナノファイバーの間隙に解れた多層カーボンナノチューブは存在しておらず、4μm以上の多層カーボンナノチューブからなる凝集体が点在していた。
(Liイオン電池試験セルの作製(ラミネートセル))
下記のようにしてラミネートセルを作製した。なお以下の操作は露点−80℃以下の乾燥アルゴン雰囲気下で実施した。
セパレータ(ポリプロピレン製マイクロポーラスフィルム(セルガード社製、セルガード2400)、25μm)を介して正極・負極を対向させ、積層体を作成した。得られた積層体をアルミラミネートで包み、三辺をヒートシールした。その後、これに電解液を注入し、真空シールして試験用セルとした。
溶媒は2体積部のEC(エチレンカーボネート)及び3体積部のEMC(エチルメチルカーボネート)の混合液であり、電解質は1.0モル/リットルのLiPF6である。また、添加剤として1質量%のVC(ビニレンカーボネート)を含む。
先ずレストポテンシャルから3.6Vまでを0.2C相当の電流で定電流充電を行い、次いで3.6Vによる定電圧充電を行い、電流値が1/20C相当に低下した時点で充電を停止させた。
次に、0.2C相当、7.0C相当および10.0C相当の電流値で定電流放電をそれぞれ行い、電圧2.5Vでカットオフした。
0.2C相当電流値での放電容量に対する7.0C相当電流値での放電容量の割合および10.0C相当電流値での放電容量の割合を、7C容量比および10C容量比(放電容量保持率)とした。
以下に正極サンプルの作製方法を示す。
リン酸鉄リチウム(LFP(LiFePO4):平均粒子径:2μm)と実施例1により得られた複合炭素繊維とアセチレンブラックとを質量比94.7:2.1:3.2となるように合計200gを量り採り、TKハイビスミックス(2P−03型、プライミクス(株)製)を用いて乾式混合した。これにポリビニリデンフルオライドが固形分で5質量%となるようにポリビニリデンフルオライドのN−メチル−2−ピロリドン溶液(KF−ポリマー(L#1320)呉羽化学工業社製)を加え、混練した。さらに、これにN−メチル−2−ピロリドンを加えながら混練して、最適な塗工粘度を有するスラリーを得た。
該スラリーを、自動塗工機を用いて、アルミ箔上に塗布し100℃で乾燥した。次いで真空乾燥機(100℃)にて乾燥した。その後、所定の大きさに打抜き、一軸プレス機を用いてプレスした(電極密度2.0g/cm3)。
負極活物質(SCMG(登録商標):昭和電工株式会社製、平均粒子径:6μm)とアセチレンブラックと繊維状炭素(VGCF−H:昭和電工社製)を質量比97.3:2.2:0.5となるように合計200gを量り採り、TKハイビスミックスを用いて乾式混合した。これにポリビニリデンフルオライドが固形分で5質量%となるようにポリビニリデンフルオライドのN−メチル−2−ピロリドン溶液(KF−ポリマー(L#9130)呉羽化学工業社製)を加え、混練した。さらに、これにN−メチル−2−ピロリドンを加えながら混練して、最適な塗工粘度を有するスラリーを得た。
該スラリーを、自動塗工機を用いて、銅箔上に塗布し90℃で乾燥した。次いで真空乾燥機(90℃)にて乾燥した。その後、所定の大きさに打抜き、一軸プレス機を用いてプレスした(電極密度1.3g/cm3)。
電池の評価結果を表3に示す。
実施例1により得られた複合炭素繊維を実施例2により得られた複合炭素繊維に変更した以外は実施例4と同じ手法で正極サンプルを作製し、電池評価を実施した。電池の評価結果を表3に示す。図12に電極の走査電子顕微鏡写真を示す。電極中において、正極、カーボンブラック、多層カーボンナノチューブ、黒鉛化カーボンナノファイバーが均一に分散していることがわかる。
実施例1により得られた複合炭素繊維を実施例3により得られた複合炭素繊維に変更した以外は実施例4と同じ手法で正極サンプルを作製し、電池評価を実施した。電池の評価結果を表3に示す。
実施例1により得られた複合炭素繊維を比較例1により得られた複合炭素繊維に変更した以外は実施例4と同じ手法で正極サンプルを作製し、電池評価を実施した。電池の評価結果を表3に示す。
実施例1により得られた複合炭素繊維を比較例2により得られた複合炭素繊維に変更した以外は実施例4と同じ手法で正極サンプルを作製し、電池評価を実施した。電池の評価結果を表3に示す。
実施例1により得られた複合炭素繊維を比較例3により得られた混合炭素繊維に変更した以外は実施例4と同じ手法で正極サンプルを作製し、電池評価を実施した。電池の評価結果を表3に示す。
実施例1により得られた複合炭素繊維を比較例4により得られた混合炭素繊維に変更した以外は実施例4と同じ手法で正極サンプルを作製し、電池評価を実施した。電池の評価結果を表3に示す。図13に電極の走査電子顕微鏡写真を示す。電極中において、多層カーボンナノチューブ凝集体が偏在している様子が分かる。
実施例1により得られた複合炭素繊維を製造例6により得られた黒鉛化カーボンナノファイバーに変更した以外は実施例4と同じ手法で正極サンプルを作製し、電池評価を実施した。電池の評価結果を表3に示す。
実施例1により得られた複合炭素繊維を製造例3により得られた多層カーボンナノチューブに変更した以外は実施例4と同じ手法で正極サンプルを作製し、電池評価を実施した。電池の評価結果を表3に示す。
2−圧縮ロッド
3−銅板製の電流端子
4−樹脂製のセル
5−被測定物
Claims (10)
- 繊維径5nm以上30nm以下の多層カーボンナノチューブと繊維径50nm以上300nm以下の黒鉛化カーボンナノファイバーを含む複合炭素繊維であって、前記黒鉛化カーボンナノファイバー間および前記黒鉛化カーボンナノファイバー表面近傍に前記多層カーボンナノチューブが均質に分散している複合炭素繊維。
- 圧縮密度0.8g/cm3における圧密比抵抗が、前記多層カーボンナノチューブ単独で測定した圧縮密度0.8g/cm3における圧密比抵抗より低く、かつ前記黒鉛化カーボンナノファイバー単独で測定した圧縮密度0.8g/cm3における圧密比抵抗より低い請求項1に記載の複合炭素繊維。
- 前記多層カーボンナノチューブのC0値が0.680nm以上0.690nm以下であり、前記黒鉛化カーボンナノファイバーのC0値が0.676nm以上0.680nm以下である請求項1または2に記載の複合炭素繊維。
- 前記多層カーボンナノチューブの酸化開始温度が400℃以上550℃以下であり、
前記黒鉛化カーボンナノファイバーの酸化開始温度が600℃以上700℃以下である請求項1〜3のいずれかひとつに記載の複合炭素繊維。 - 前記多層カーボンナノチューブの量が複合炭素繊維中に1質量%以上50質量%以下である請求項1〜4のいずれかひとつに記載の複合炭素繊維。
- 凝集サイズ1μm以上の多層カーボンナノチューブ凝集体を実質的に含まない請求項1〜5のいずれかひとつに記載の複合炭素繊維。
- 荷重1000N以上で圧縮したときの黒鉛化カーボンナノファイバーの密度ρ0に対する同一荷重で圧縮したときの複合炭素繊維の密度ρの比(ρ/ρ0)が0.95以上である請求項1〜6のいずれかひとつに記載の複合炭素繊維。
- 請求項1〜7のいずれかひとつに記載の複合炭素繊維からなる凝集体。
- レーザー回折粒度測定による体積基準累積粒度分布における50%粒子径(D50)が5μm以上20μm以下である請求項8に記載の複合炭素繊維からなる凝集体。
- 請求項1〜9のいずれかひとつに記載の複合炭素繊維または複合炭素繊維凝集体を含有する電池用電極。
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