[发明专利]可用作石墨烯前体的石墨系碳原材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及可用作石墨烯前体的石墨系碳原材料及其制造方法，该石墨系碳原材料可以通过简便方法得到石墨烯。

背景技术

近年来，在各种领域中以小型轻量化等为目的而对添加各种纳米材料进行了研究。尤其是，在环境、资源的问题中，作为非金属的纳米材料，石墨烯、CNT(碳纳米管)、富勒烯等碳原材料倍受关注。

例如炭黑一直以来用作锂离子电池等的导电助剂，但近年来，为了进一步确保导电性，研究了昭和电工株式会社制的碳纳米纤维VGCF(注册商标)等(专利文献1)。

其中，石墨烯不仅在性能方面，而且从批量生产性、处理性等的方面出发也优于其它碳原材料，在各种领域中受到期待。

为了得到高品质(石墨的层数少等)的石墨烯，研究了如下方法：在溶剂(NMP)中对天然石墨施予长时间(7～10小时)的弱超声波后，除去沉淀于底的大块，之后，对上清进行离心分离并进行浓缩，由此得到单层的片为20％以上、2层或3层的片为40％以上、10层以上的片小于40％的石墨材料以0.5g/L的程度分散的石墨烯分散液(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-77475公报(段落0023)

专利文献2：国际公开第2014/064432号(第19页第4行-第9行)

非专利文献

非专利文献1：石墨研磨所伴随的结构变化；著：稻垣道夫、麦岛久枝、细川健次；1973年2月1日(受理)

非专利文献2：碳加热处理所伴随的概率P1、PABA、PABC的变化；著：野田稻吉、岩附正明、稻垣道夫；1966年9月16日(受理)

非专利文献3：SpectroscopicandX-raydiffractionstudiesonfluiddepositedrhombohedralgraphitefromtheEasternGhatsMobileBelt，India；G.Parthasarathy，CurrentScience，Vol.90，No.7，10April2006

非专利文献4：固体碳材料的分类和各自的结构特征；名古屋工业大学川崎晋司

发明内容

发明要解决的问题

然而，即便将通过专利文献2中公开的方法所得到的石墨材料(单层的片为20％以上、2层或3层的片为40％以上、10层以上的片小于40％)混入溶剂中，分散在溶剂中的石墨烯的分散量少，只能得到稀薄的石墨烯分散液。另外，尽管也可考虑收集上清进行浓缩，但存在如下问题：反复进行收集上清并浓缩的工序在处理上耗费时间，石墨烯分散液的生产效率差。如专利文献2所公开的那样，认为即便对天然石墨进行长时间的超声波处理，也仅有表面的较弱部分发生剥离，其它大部分并不参与剥离，有所剥离出的石墨烯量少的问题。

本发明是着眼于这样的问题点而完成的，本发明的目的在于，通过对天然石墨实施规定的处理，提供可用作该石墨烯前体的石墨系碳原材料及其制造方法(将石墨烯容易剥离、可使石墨烯为高浓度或高分散的石墨系碳原材料称作石墨烯前体)。

用于解决问题的手段

为了解决上述课题，本发明的可用作石墨烯前体的石墨系碳原材料的特征在于，其具有菱方晶系石墨层(3R)和六方晶系石墨层(2H)，上述菱方晶系石墨层(3R)与上述六方晶系石墨层(2H)基于X射线衍射法由以下(式1)所定义的比例Rate(3R)为31％以上。

Rate(3R)＝P3/(P3+P4)×100····(式1)

此处，

P3是菱方晶系石墨层(3R)的基于X射线衍射法的(101)面的峰强度

P4是六方晶系石墨层(2H)的基于X射线衍射法的(101)面的峰强度。

根据该特征，由于大量含有层容易剥离的菱方晶系石墨层(3R)，因而可以得到可用作石墨烯前体的石墨系碳原材料，该石墨系碳原材料在用作前体时，石墨烯易剥离，可以使石墨烯为高浓度或高分散。

另外，本发明的石墨系碳原材料的特征在于，上述比例Rate(3R)为40％以上。

根据该特征，如果比例Rate(3R)为40％以上，则可以容易地得到石墨烯比31％以上且小于40％时更易剥离的可用作石墨烯前体的石墨系碳原材料。

另外，可用作石墨烯前体的石墨系碳原材料的特征在于，上述比例Rate(3R)为50％以上。

根据该特征，如果比例Rate(3R)为50％以上，则可以容易地得到石墨烯比40％以上且小于50％时更易剥离的可用作石墨烯前体的石墨系碳原材料。