纤维状碳纳米角聚集体及其制备方法技术

本发明专利技术的目标是提供在赋予导电性方面优异的碳纳米角聚集体，以及提供在赋予导电性和分散性两方面都优异的碳纳米角聚集体。本发明专利技术提供纤维状碳纳米角聚集体，其中所述纤维状碳纳米角聚集体包含多个单壁碳纳米角。纤维状碳纳米角聚集体在赋予导电性方面优异，并且可以通过与球状碳纳米角聚集体的制备相同的方法制备，并且混合的纤维状和球状碳纳米角聚集体可以同时具有高导电性和高分散性。可以同时具有高导电性和高分散性。可以同时具有高导电性和高分散性。

【技术实现步骤摘要】
纤维状碳纳米角聚集体及其制备方法
[0001]本申请是申请日为2016年3月4日、国际申请号为PCT/JP2016/056790、中国国家阶段申请号为201680015525.X且专利技术名称为《纤维状碳纳米角聚集体及其制备方法》的专利技术申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及纤维状碳纳米角聚集体，以及用于制备其的方法。

技术介绍

[0003]碳材料常规上用作导电材料、催化剂载体、吸附剂、分离剂、墨、调色剂等；近年来，随着纳米尺寸的纳米碳材料如碳纳米管和碳纳米角的出现，作为其结构主体的特征已经引起注意，并且如在以下各项中描述的，已经积极地研究了它们的应用：专利文献1(碳纳米角)，专利文献2(DDS)，专利文献3(固体润滑剂)，专利文献4(甲烷气体的吸留)，专利文献5(吸附剂)，专利文献6(甲烷
‑
裂化催化剂)，专利文献7(催化剂载体)和专利文献8(导电材料)。
[0004]近年来，随着移动电话、笔记本电脑、电动汽车等的尺寸和重量减小以及性能提高，已经广泛使用具有轻重量和大充电容量的锂离子电池作为在其中使用的二次电池。那么，在比如电动汽车和电动工具的应用中，大的电流负荷特征的不足是大问题。作为针对此的对策，已经研究了电极的电阻降低、例如倍率特征的改善等。
[0005]电阻降低的研究主要针对导电辅剂等进行。专利文献8公开了碳纳米角聚集体研究作为导电材料，并且与乙炔黑、碳纳米管等的混合相比，通过在负电极的石墨材料中混合碳纳米角聚集体，制造了反应电阻较低、较少导致容量急剧降低和寿命更长的锂离子电池。碳纳米角因为具有石墨烯的六元环结构而具有高导电性，并且碳纳米角因为是均匀尺寸的球形聚集体而是高度分散的，并且具有容易在电极活性物质表面上缠绕的特征。
[0006]引用清单
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：JP4234812B
[0009]专利文献2：JP4873870B
[0010]专利文献3：JP2003
‑
313571A
[0011]专利文献4：JP2004
‑
16976A
[0012]专利文献5：JP3989256B
[0013]专利文献6：JP2003
‑
146606A
[0014]专利文献7：JP3479889B
[0015]专利文献8：JP5384917B

技术实现思路

[0016]技术问题
[0017]然而，因为常规碳纳米角聚集体具有直径约100nm的球状结构，所以当制造电极时，与针状结构的碳材料例如碳纳米管相比，它们可能使得内阻较高。这是因为，尽管具有针状结构的碳材料由于能够形成约数微米的导电路径而具有大的赋予导电性的效果，但是具有球状结构的碳纳米角聚集体不能形成这样的长导电路径。然而，具有针状结构的材料在分散性方面差并且具有关于分散性提高的问题。
[0018]通过将高分散性球状碳纳米角聚集体与具有针状结构的材料混合，产生了同时满足高导电性和高分散性这二者的可能性。然而，因为球状碳纳米角聚集体和具有针状结构的碳材料通常单独制备，所以成本上升。
[0019]本专利技术的一个目的是提供在赋予导电性方面优异的碳纳米角聚集体。本专利技术的另一个目的是提供在赋予导电性和分散性两方面都优异的碳纳米角聚集体。
[0020]解决问题的方案
[0021]那么，作为对形成高导电性的碳纳米角聚集体的详尽研究的结果，本专利技术人已经发现在赋予导电性方面优异的纤维状碳纳米角聚集体。已经进一步发现，纤维状碳纳米角聚集体可以与在分散性方面优异的球状碳纳米角聚集体同时形成。作为结果，已经发现，当同时含有纤维状和球状碳纳米角聚集体时，可以制造内阻低并且大电流负荷特征(倍率特征，C倍率：1C意指在一小时内将电池放电至预定电压的电流)改善的具有快速充电和放电性质的锂离子电池。
[0022]也就是说，根据本专利技术的一个方面，提供一种碳纳米角聚集体，其包含多个以纤维状态聚集的单壁碳纳米角。
[0023]此外，根据本专利技术的另一个方面，纤维状碳纳米角聚集体包含以纤维状态连接的种形(seed
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shaped)、花蕾形(bud
‑
shaped)、大丽花花瓣形(petal
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dahlia
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shaped)和花瓣形(petal
‑
shaped)碳纳米角聚集体中的至少一种的碳纳米角聚集体。
[0024]还提供一种碳纳米角聚集体，其包含纤维状碳纳米角聚集体和与其混合的种形、花蕾形、大丽花形、大丽花花瓣形和花瓣形球状碳纳米角聚集体。
[0025]还提供一种碳纳米角聚集体，其包含在碳纳米角聚集体的内部中结合的催化剂金属。
[0026]在本专利技术再另一个方面中，提供一种锂离子二次电池，其包含用于在电极材料中使用的碳纳米角聚集体。
[0027]此外，在本专利技术的一个方面中，碳纳米角聚集体可以用于催化剂或催化剂载体，并且提供一种燃料电池，其包含用于催化剂或催化剂载体的碳纳米角聚集体。
[0028]此外，在本专利技术的一个方面中，提供一种电化学致动器，其包含用于在电极中使用的碳纳米角聚集体。
[0029]此外，在本专利技术的一个方面中，提供一种双电层电容器，其包含用于在电极中使用的碳纳米角聚集体。
[0030]根据本专利技术的一个方面的碳纳米角聚集体可以通过用于制备碳纳米角聚集体的方法制备，所述方法包括：
[0031](1)使在其中设置含催化剂碳靶的容器的内部处于惰性气体、氮气或其混合的气氛下；
[0032](2)在使靶旋转的同时通过激光消蚀将靶蒸发；和
[0033](3)在将靶蒸发的阶段中将气体流量控制在恒定速率。
[0034]专利技术的有益效果
[0035]根据本专利技术的一个方面，提供一种高导电性纤维状碳纳米角聚集体。此外，根据本专利技术的另一个方面，可以在相同过程中提供纤维状碳纳米角聚集体和球状碳纳米角聚集体的混合物。在这种混合物中，因为纤维状碳纳米角聚集体和球状碳纳米角聚集体当它们相互高度分散并且相互吸附时在其界面处具有许多接触点，混合物形成良好的导电路径并且在充电和放电中展现出低电阻损失。
[0036]此外，与常规方法相比，用于制备根据本专利技术的碳纳米角聚集体的方法包括较少的步骤数量，具有较低成本，并且在规模生产方面较好。
附图说明
[0037][图1]图1是通过本专利技术制造的纤维状碳纳米角聚集体的透射电子显微镜图像。
[0038][图2]图2是通过本专利技术制造的纤维状碳纳米角聚集体的透射电子显微镜图像。
[0039][图3]图3是通过本专利技术制造的球状碳纳米角聚集体的透射电子显微镜图像。
[0040][图4]图4是通过本专利技术制造的纤维状碳纳米角聚集体和球状碳纳米角聚集体的扫描电子显微镜图像。
[0041][图5]图5是通过本专利技术制造的球状碳纳米角聚集体的透射电子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维状碳纳米角聚集体，在所述纤维状碳纳米角聚集体中多个单壁碳纳米角以纤维状态聚集，其中所述纤维状碳纳米角聚集体具有1μm以上的长度。2.根据权利要求1所述的纤维状碳纳米角聚集体，其中所述纤维状态碳纳米角聚集体具有多个从所述纤维状碳纳米角集合体的表面突出的突起，所述突起由单壁碳纳米角形成。3.根据权利要求1所述的纤维状碳纳米角聚集体，其中所述纤维状态碳纳米角聚集体的长度与所述纤维状碳纳米角集合体的直径的比为5以上。4.根据权利要求1所述的纤维状碳纳米角聚集体，其中所述纤维状态碳纳米角聚集体具有30nm至200nm的直径和1μm至100μm的长度。5.根据权利要求1所述的纤维状碳纳米角聚集体，其中每一个所述单壁碳纳米角都具有1nm至5nm的直径和30nm至100nm的长度。6.根据权利要求1所述的纤维状碳纳米角聚集体，其中所述纤维状碳纳米角聚集体包含选自种形、大丽花形、花蕾形、大丽花花瓣形和花瓣形碳纳米角聚集体中的至少一种。7.一种碳纳米角聚集体的混合物，所述混合物包含根据权利要求1所述的纤维状碳纳米角聚集体和球状碳纳米角聚集体。8.权利要求7所述的碳纳米角聚集体的混合物，其中所述球状碳纳米角聚集体包括选自种形、花蕾形、大丽花形、大丽花花瓣形和花瓣形球状碳纳米角聚集体中的至少一种。9.根据权利要求1所述的纤维状碳纳米角聚集体，所述纤维状碳纳米角聚集体包含结合在所述碳纳米角聚集体的内部中的催化剂金属。10.一种锂离子二次电池，所述锂离子二次电池包含用于在电极材料中使用的根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：弓削亮太，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：