[发明专利]复合碳纤维

说明书

技术领域

本发明涉及复合碳纤维。更详细而言，本发明涉及在树脂等基质中不会残留聚集块、容易分散且降低电阻的效果优异的复合碳纤维。

背景技术

碳材料可以对树脂材料、涂料材料等赋予导电性、导热性等。另外，碳材料也可以用作电池的电极材料。作为这种碳材料，已知有碳纳米纤维、碳纳米管、炭黑等。

碳纳米纤维的纤维直径为50nm～300nm，比较粗，纤维长度为10μm左右(图1)。这种碳纳米纤维由于纤维彼此的缠绕较弱，因此通过添加在基质中并进行混炼，能够使碳纳米纤维容易地分散为一根一根。但是，若要充分地构筑由碳纳米纤维彼此连接而形成的导电网络，则需要大量添加。

另一方面，碳纳米管的纤维直径细至5nm～40nm，且纤维长度为3μm～10μm，因此具有接近1000的长径比(图2)。这种碳纳米管的纤维彼此缠绕而形成数百μm的聚集块(图3)。即使将这种牢固缠绕的碳纳米管的聚集块添加在基质中并进行混炼，也只会使聚集块变细，聚集结构本身得以维持，因此难以呈现解体为一根一根的碳纳米管的状态。其结果，有时无法发挥期待那样的赋予导电性的效果。

另外，炭黑是一次粒径为数nm～数十nm的颗粒。炭黑形成被称为结构(structure)的、由一次颗粒连结而成的二次结构。该结构的连结长度通常短至100nm左右。结构彼此的聚集不牢固，比较容易分散。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利4835881号公报

发明内容

发明要解决的问题

为了弥补碳纳米纤维和碳纳米管各自的缺点、且活用各自的优点，研究了组合使用碳纳米纤维和碳纳米管。

例如，专利文献1中公开了一种锂离子电池用电极，其特征在于，作为导电材料而含有：具有不足100nm的直径的纤维状碳以及具有100nm以上的直径的纤维状碳和/或非纤维状导电性碳。但是，无法获得预想那样的导电性。为了获得导电材料，与专利文献1中公开的方法同样地操作，对具有不足100nm的直径的纤维状碳用珠磨机等施加强剪切从而使其分散时，具有不足100nm的直径的纤维状碳被切断得较短，其长径比达到50左右。进而，被切断的多层碳纳米管依然聚集而不会均质地分散。

本发明的目的在于提供一种在树脂等基质中不会残留聚集块、容易分散且降低电阻的效果优异的复合碳纤维。

用于解决问题的方案

本发明人等为了实现上述目的而进行了深入研究。其结果，完成了包括以下方式的本发明。

[1]一种复合碳纤维，其包含：具有5nm以上且40nm以下的纤维直径的物质的比例为99数量%以上的多层碳纳米管、一次粒径为20nm以上且100nm以下的碳颗粒、以及具有50nm以上且300nm以下的纤维直径的物质的比例为99数量%以上的石墨化碳纳米纤维，

前述石墨化碳纳米纤维和碳颗粒之间均质地分散有前述多层碳纳米管。

[2]根据[1]所述的复合碳纤维，其中，前述复合碳纤维中的多层碳纳米管的长径比为100以上。

[3]根据[1]～[2]中任一项所述的复合碳纤维，其中，前述碳颗粒的含量为30质量%以上且90质量%以下，且前述多层碳纳米管:前述石墨化碳纳米纤维的质量比为1:9～8:2。

[4]根据[1]～[3]中任一项所述的复合碳纤维，其实质上不包含聚集尺寸为1μm以上的多层碳纳米管聚集块。

[5]一种聚集体，其由前述[1]～[4]中任一项所述的复合碳纤维形成。

[6]根据[5]所述的由复合碳纤维形成的聚集体，其中，利用激光衍射粒度测定的体积基准累积粒度分布中的50%粒径(D₅₀)为5μm以上且20μm以下。

[7]根据[5]或[6]所述的由复合碳纤维形成的聚集体，其中，相对于将前述多层碳纳米管和前述石墨化碳纳米纤维和前述碳颗粒进行了干式混合的组合物与液体介质混炼而成的糊剂的粘度v₀的、将由同一质量比的前述多层碳纳米管和前述石墨化碳纳米纤维和前述碳颗粒形成的复合碳纤维聚集体与液体介质混炼而成的糊剂的粘度v的比(v/v₀)为1.05以上。

[8]一种电池用电极，其含有前述[1]～[4]中任一项所述的复合碳纤维或者前述[5]～[7]中任一项所述的复合碳纤维聚集体。

发明的效果