氟化碳素纤维、使用其的电池用活性物质及固体润滑材料制造技术

氟化碳素纤维具有由多个呈无底杯形的碳素六边网层层叠的中空核结构。从该氟化碳素纤维的内外表面露出碳素六边网层的边缘。该氟化碳素纤维，其露出的碳素六边网层的边缘被氟化，具有以Ｃ↓［Ｘ］Ｆ↓［Ｙ］表达的结构。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氟化碳素纤维、使用该氟化碳素纤维的电池用活性物质以及固体润滑材料。
技术介绍
以气相生长法制造的碳素纤维已经公知。该碳素纤维是，使诸如苯或甲烷等碳氢化合物在700℃～1000℃程度的温度下热分解而得到的碳，以超微粒的铁或镊等催化剂粒子为核而生成的短纤维。作为碳素纤维，有碳素六边网层呈同心状生长的，有碳素六边网层与轴线相垂直地生长的，而通过改变催化剂、温度范围、流量等气相生长条件，还能够制造出具有碳素六边网层相对于纤维轴以一定角度倾斜地层叠的鱼骨(herring-bone)结构的。但是，由于气相生长法本身的局限性，在以气相生长法制造的碳素纤维的表面上，会形成未充分结晶的、呈非晶形形状的过剩碳堆积成的薄堆积层。由于该堆积层的存在，一般来说，作为该碳素纤维，其活性度较低。此外，呈鱼骨结构的以气相生长法制造的碳素纤维的用途几乎未得到开发。
技术实现思路
本专利技术是使该呈鱼骨结构的碳素纤维的表面活化从而能够将其氟化的专利技术，其目的是，提供氟化碳素纤维、使用该氟化碳素纤维的电池用活性物质以及固体润滑材料。为解决上述问题，本专利技术的一个形态所涉及的氟化碳素纤维具有切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构(coaxial stacking morphlogyof truncated conical tubular graphene layers or truncatedgraphene cone’s morphology)，所说切头圆锥筒形碳素网层各个含有碳素六边网层(hexagonal carbon layer)。换言之，该氟化碳素纤维具有，由多个呈无底杯形的碳素六边网层层叠的、杯状层叠(cup stacked)或者灯伞状层叠(lampshadestacked)的结构。该切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构可形成无节的中空核(a hollow core with no brige)。根据这样的结构，各个切头圆锥筒形碳素网层呈这样的结构，即，在轴向的两端具有大直径环端和小直径环端，从外表面侧的大直径环端及内表面侧的小直径环端露出碳素六边网层的边缘。换句话说，呈鱼骨结构的倾斜的碳素六边网层的边缘呈层状露出。另外，通常的鱼骨结构的碳素纤维是多个呈有底杯形的碳素六边网层层叠的结构，而本专利技术的一个形态所涉及的氟化碳素纤维，在数十nm～数十μm长度的范围内不具有节，呈中空状。在这里，若该切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构以气相生长，则其外表面或者内表面的很大范围将被过剩的热分解碳(pyrolyticcarbon)的堆积膜所覆盖。此时也同样，从外表面侧的大直径环端的至少一部分，或者内表面侧的小直径环端的至少一部分处露出碳素六边网层的边缘。并且，作为本专利技术的一个形态所涉及的氟化碳素纤维，其所露出的所说碳素六边网层的边缘被氟化，具有以CXFY表达的结构。作为本专利技术的一个形态，对于在碳素纤维气相生长过程中形成于其外表面或内表面的堆积膜也可以通过之后的处理将其一部分或全部去除。这是由于，该堆积膜是未充分结晶的、呈非晶形形状的过剩碳堆积而成的，该堆积层的表面不具有活性的缘故。作为本专利技术的一个形态所涉及的氟化碳素纤维，可通过各个大直径环端在轴向上的层叠而形成碳素纤维的外表面。此时，只要从其外表面的2％以上、最好是7％以上的区域露出碳素六边网层的边缘即可。同样地，通过使各个小直径环端在轴向上层叠而形成氟化碳素纤维的内表面，所说碳素六边网层的边缘可从其内表面上露出。这样，便可以对如上所述从碳素纤维的内外表面露出的碳素六边网层的边缘进行氟化。这种氟化碳素纤维适用于锂离子电池等的电池活性物质、固体润滑材料等用途。附图说明图1是以气相生长法制造的鱼骨结构的碳素纤维的穿透型电子显微镜照片的复印图。图2是图1的放大照片的复印图。图3是图2的示意图。图4是在大约530℃温度下，在大气中热处理1小时后的鱼骨结构的碳素纤维的穿透型电子显微镜照片的复印图。图5是图4的放大照片的复印图。图6是将图5进一步放大后的照片的复印图。图7是图6的示意图。图8示出将鱼骨结构的碳素纤维(样品NO.24PS)，在大气中，分别以500℃、520℃、530℃、540℃热处理1小时后的碳素纤维的喇曼频谱。图9示出经上述热处理而露出碳素六边网层的边缘的样品NO.19PS、样品NO.24PS的碳素纤维的喇曼频谱。图10示出对上述露出碳素六边网层的边缘的样品NO.19PS、样品NO.24PS的碳素纤维进行3000℃的热处理后的碳素纤维的喇曼频谱。图11是对切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构加以展示的、依据精密量子理论计算(rigorousquantum theoretical calculation)绘制的计算机绘图。图12是图11所示切头圆锥筒形碳素网层的同时层叠结构的一个单位之碳素六边网层的依据精密量子理论计算绘制的计算机绘图。图13是用来对形成切头圆锥筒形碳素网层的同时层叠结构的外表面的大直径环端及形成其内表面的小直径环端进行说明的示意图。图14是用来对在碳素纤维的外周面的大范围形成的热分解碳的堆积膜进行说明的示意图。具体实施例方式下面，对本专利技术的最佳实施形式结合附图进行详细说明。以气相生长法制造的碳素纤维是，使诸如苯或甲烷等碳氢化合物在700℃～1000℃程度的温度下热分解而得到的碳以超微粒的铁或镍等催化剂粒子为核而生成的短纤维。作为碳素纤维，有碳素六边网层呈同心状生长的，有碳素六边网层与轴线相垂直地生长的，而通过改变催化剂、温度范围、流量等气相生长条件，还能够制造出具有碳素六边网层相对于纤维轴以一定角度倾斜地层叠的鱼骨(herring-bone)结构的。通常的鱼骨结构的碳素纤维是多个呈有底杯形的碳素六边网层层叠的结构，而以本专利技术一实施形式所采用的气相生长法所制造的碳素纤维是多个呈无底杯形的碳素六边网层层叠的结构(下面，将该无底碳素纤维称作鱼骨结构的碳素纤维)。即，该碳素纤维具有如图11中以计算机绘图所示的切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构1。各个切头圆锥筒形碳素网层由如图12所示的碳素六边网层10形成。在这里，图11所示的各碳素六边网层10实际上是在轴向A上紧密层叠的，而在图11中，为便于进行说明而将层叠密度表现得较稀疏。图13是图11的示意图，各碳素六边网层10在轴向的两端具有大直径环端20和小直径环端22。各大直径环端20在轴向A上层叠而形成碳素纤维1的外表面30，各小直径环端22在轴向A上层叠而形成碳素纤维1的内表面32。似这样，碳素纤维1呈具有中心孔14的、无节的中空核的形状。下面，对图11所示碳素纤维1的制造方法的一个例子进行说明。反应器使用的是公知的纵型反应器。原料使用苯，以产生大约20℃的蒸汽压的分压力，靠氢气流向反应器以流量0.3l/h送入燃烧室中。催化剂使用二茂铁，在185℃下使其气化，以大约3×10-7mol/s的浓度送入燃烧室中。反应温度约为1100℃，反应时间约为20分，得到平均直径约为100nm的鱼骨结构的碳素纤维。通过对原料的流量、反应温度进行调节(根据反应器大小改变之)，可得到由多个无底杯形的碳素六边网层层叠的、数十nm～数十μm的范围无节(桥)的中空的碳素纤维。图1是以上述气相生长法制造的鱼骨结构的碳素纤维的穿透型电子显微镜照片的复印图，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氟化碳素纤维，其特征是，具有切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构，所说切头圆锥筒形碳素网层各个含有碳素六边网层，并且，在轴向的两端具有大直径环端和小直径环端，从所说大直径环端的至少一部分，露出所说碳素六边网层的边缘，露出的所说碳素六边网层的边缘被氟化，具有以Ｃ↓［Ｘ］Ｆ↓［Ｙ］表达的结构。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：柳泽隆，远藤守信，
申请(专利权)人：株式会社科立思，远藤守信，
类型：发明
国别省市：JP[日本]