专利名称：微细碳纤维分散液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微细碳纤维分散液，其可以使微细碳纤维在有机溶剂中良好地分散、解纤，并且将该分散、解纤状态稳定地维持。
背景技术：
在约20年前确认了其存在的微细碳纤维是直径I μ m以下的管状材料，在理想的微细碳纤维中，由碳原子的6元环网状结构构成的片材(炭片材)所形成的管相对于管轴平行，进而，还存在该管由双层或多层的炭片材形成的微细碳纤维。这种微细碳纤维根据由碳原子构成的6元环网状结构的数、管的粗细不同而具有各种性质，利用其性质，可以期待各种应用。例如，利用化学特性、电特性、机械特性、热传导特性、结构特性等物性，可期待微细碳纤维在防静电部件、二次电池电极材料、强化树脂复合材料、电波吸收材料、电热变换材料、平板显示器用场致发射阴极材料、透明导电膜、热电转换元件材料、电容电极、氢储藏材料、电气配线、散热材料、太阳能电池材料和催化剂负载材料中的应用。作为应用了微细碳纤维的防静电部件，已知在热塑性树脂或热固性树脂中添加了微细碳纤维的托盘、载带等。它们用于防止在搬运、输送半导体部件、制品时产生的静电。即，微细碳纤维与以往所使用的如炭黑那样的球状炭材料相比，显示更高的导电性，并且形状为纤维状，因此添加少量就可防止静电的发生，并且具有从基质树脂的脱落少的优点，被广泛用于防静电用途。在二次电池电极材料的领域，提出使用微细碳纤维作为电极膜的添加剂。例如，已确认通过在作为负极活性物质的石墨中混合微细碳纤维，从而导电辅助效果及再循环特性提高，作为手机、个人电脑等中使用的锂离子电池的电极膜的添加剂，已经在采用微细碳纤维。从上述观点考虑，作为混合动力汽车和电动汽车中使用的高功率、高容量的二次电池的正极膜用添加剂，通过将作为正极用活性物质的钴酸锂、磷酸铁锂等与微细碳纤维混合，从而可期待导电辅助效果及正极膜的强度提高、高密度化、电极液的浸透性提高等，其研究正在进行。在强化树脂复合材料的领域，正在进行如下研究:将微细碳纤维与碳和玻璃纤维的混合物一起添加至树脂中，进一步提高刚性。另外，正在研究向使用了碳、玻璃布或垫子(mat)的FRP成型物中添加微细碳纤维从而达到表面的特性提高、力学特性提高的目的。进而，在合成纤维中添加微细碳纤维而提高纤维的强度等的研究正在盛行。在电子设备制造的领域，已经研究将微细碳纤维适用于利用喷墨方式制作集成电路(LS1、超LSI等)的微细配线、利用丝网印刷或喷涂方式制造均质场致发射阴极源，还研究了在平板显示器、导电性陶瓷中的应用，微细碳纤维与金属配线相比导电容量大，因此也期待在电源设备等中的开展。在导电性材料制造领域，正盛行研究微细碳纤维在利用压缩、浇铸成型、注射、挤出或拉伸方式制作防带电板；使用导电性涂料制作精密级的防带电膜、防电膜或静电涂装用导电性底层膜；利用喷涂方式、旋涂或棒涂方式制作副精密级的半透明或透明导电性薄膜等方面的适用。如上所述，已经研究了微细碳纤维作为兼具电、功能、机械及复合效果的材料在各种用途中的适用，为了最大限度地发挥添加效果，必须使微细碳纤维均匀地分散在水、有机溶剂、树脂溶液、热固性树脂及热塑性树脂等分散介质中。然而，对于微细碳纤维而言，直径Iym以下的管状纤维相互缠绕形成聚集体或以具有网状结构的状态存在，以这样的形态直接市售。另外，有时使这样的聚集体或网状结构进一步聚集，提高体积密度后市售。因此，将这种微细碳纤维的聚集体或网状结构解纤成一根一根的纤维，或解纤成数nm 数十nm尺寸的小的聚集体的状态是非常困难的。此外，在解纤成一根一根的微细碳纤维之间或数nm 数十nm的聚集体之间，作用着非常强的聚集力(范德华力)。因此，在水、有机溶剂、树脂溶液、热固性树脂和热塑性树脂等分散介质中一边将解纤成一根一根的微细碳纤维或其聚集体维持着原样形态一边使其分散是非常困难的。即，因为暂时解纤的微细碳纤维或其聚集体之间也容易再聚集。像这样，现状是很难得到微细碳纤维之间在溶剂中充分分散并且不聚集、其分散状态稳定的微细碳纤维的分散液。为了解决上述微细碳纤维的分散性的问题，迄今为止，提出了以下的各种方案。专利文献I公开了如下方法，以5 120s—1的振动频率将CNT (碳纳米管)和环式有机化合物振动粉碎处理而得到CNT混合物，接着，在CNT混合物中添加有机溶剂，得到含有CNT的分散液。在该方法中，作为环式有机化合物，使用在有机溶剂中可溶性的化合物，例如，聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸盐及聚噻吩。专利文献2中公开了，将碳材料分散在添加了碱性高分子分散剂的烃系溶剂中，通过在该溶剂中浸溃阳极并施加电压，从而在该阳极表面上形成碳材料薄膜。作为碱性高分子分散剂，可使用聚酯酰胺胺盐。专利文献3公开了由CNT、酰胺系极性有机溶剂及聚乙烯吡咯烷酮组成的CNT分散溶液。作为酰胺系极性有机溶剂，可使用N-甲基-2-吡咯烷酮(匪P )。专利文献4中公开了，在有机溶剂可溶性树脂的有机溶剂溶液中分散碳纤维时，添加下述通式所示的化合物作为碳纤维用分散剂以提高分散性而制备的碳纤维分散液。
权利要求
1.一种微细碳纤维分散液，其为在有机溶剂中分散有微细碳纤维的微细碳纤维分散液，其特征在于，含有由下述通式(I)所示的聚合物构成的高分子分散剂，且该分散液中所含的微细碳纤维的聚集体的尺寸为5 μ m以下，
2.根据权利要求1所述的微细碳纤维分散液，其中，以相当于微细碳纤维100质量份为I 200质量份的量含有前述闻分子分散剂。
3.根据权利要求1所述的微细碳纤维分散液，其中，前述高分子分散剂由下述通式(2)表不:
4.根据权利要求3所述的微细碳纤维分散液，其中，前述高分子分散剂由下述通式(3)表不:1 I X I U 1 η Ψ
5.根据权利要求1所述的微细碳纤维分散液，其还含有阴离子性表面活性剂或非离子性表面活性剂。
6.根据权利要求5所述的微细碳纤维分散液，其含有下述通式(4)所示的化合物作为前述阴离子性表面活性剂:
7.根据权利要求5所述的微细碳纤维分散液，其含有下述通式(5)、通式(6)或通式(7)的任一者所示的化合物作为前述非离子性表面活性剂，
8.根据权利要求1所述的微细碳纤维分散液，其中，前述微细碳纤维具有0.5 200nm的平均外径。
9.根据权利要求1所述的微细碳纤维分散液，其具有0.2 IOOPa.8(20 )的粘度。
10.根据权利要求9所述的微细碳纤维分散液，其用于锂离子电池电极的形成中。
11.根据权利要求10所述的微细碳纤维分散液，其中，添加了负极用电极活性物质或正极用电极活性物质。
12.根据权利要求11所述的微细碳纤维分散液，其中，前述负极用电极活性物质为选自由炭系活性物质、硅系活性物质和钛酸锂所组成的组中的至少一种。
13.根据权利要求11所述的微细碳纤维分散液，其中，前述正极用电极活性物质为选自由层状岩盐化合物及其衍生物、尖晶石型化合物及其衍生物、聚阴离子化合物及其衍生物所组成的组中的至少一种。
14.一种锂离子电池电极用糊剂，其在微细碳分散液中添加有负极用电极活性物质或正极用电极活性物质，且具有0.2 IOOPa.s (200C )的粘度。
15.根据权利要求14所述的锂离子电池电极用糊剂，其中，前述负极用电极活性物质为选自由天然石墨、人造石墨、硅系活性物质及钛酸锂所组成的组中的至少一种。
16.根据权利要求14所述的锂离子电池电极用糊剂，其中，前述正极用电极活性物质为选自由层状岩盐化合物及其衍生物、尖晶石型化合物及其衍生物、聚阴离子化合物及其衍生物所组成的组中的至少一种。
17.—种锂离子电池用电极导电膜，其涂布权利要求14所述的锂离子电池电极用糊剂而得到。
18.—种锂离子电池用导电膜，其将权利要求14所述的锂离子电池电极用糊剂涂布于金属薄膜上而得到。
19.一种锂离子电池，其使用权利要求17所述的锂离子电池用电极导电膜而得到。
全文摘要
提供一种微细碳纤维分散液，其使具有极高聚集力并形成了聚集体的微细碳纤维在有机溶剂中均匀地分散、解纤，并形成稳定的分散状态。[技术手段]一种在有机溶剂中分散有微细碳纤维的微细碳纤维分散液，其特征在于，含有下述通式(1)所示的高分子分散剂，且该分散液中所含的微细碳纤维的聚集体的尺寸为5μm以下。
文档编号C01B31/02GK103201026SQ20118004400
公开日2013年7月10日 申请日期2011年9月13日 优先权日2010年9月13日
发明者樽本直浩, 塚田高行 申请人:保土谷化学工业株式会社