[发明专利]纤维状碳纳米角聚集体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维状碳纳米角聚集体，以及用于制备其的方法。

背景技术

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)。

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。

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。

引用清单

专利文献

专利文献1：JP4234812B

专利文献2：JP4873870B

专利文献3：JP2003-313571A

专利文献4：JP2004-16976A

专利文献5：JP3989256B

专利文献6：JP2003-146606A

专利文献7：JP3479889B

专利文献8：JP5384917B

发明概述

技术问题

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。

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。

本发明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。本发明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。

解决问题的方案

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，本发明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。

也就是说，根据本发明的一个方面，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。

此外，根据本发明的另一个方面，纤维状碳纳米角聚集体包含以纤维状态连接的种形(seed-shaped)、花蕾形(bud-shaped)、大丽花花瓣形(petal-dahlia-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。

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。

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。

在本发明再另一个方面中，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。

此外，在本发明的一个方面中，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。

此外，在本发明的一个方面中，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。