專利名稱：氣相生長法制造的碳素纖維以及電池用電極材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳素纖維、電池用電極材料以及碳素纖維的制造方法。
背景技術(shù)：
以氣相生長法制造的碳素纖維已經(jīng)公知。
這種碳素纖維是將諸如苯或甲烷等碳?xì)浠衔镌?00℃～1000℃程度的溫度下進行熱分解而得到的碳，以超小微粒的鐵或鎳等催化劑粒子為核心生長而成的短纖維。
作為碳素纖維，有碳素六邊網(wǎng)層呈同心狀生長的，有碳素六邊網(wǎng)層與軸線相垂直地生長的，而通過改變催化劑、溫度范圍、流量等氣相生長條件，還能夠制造出具有碳素六邊網(wǎng)層相對于纖維軸以一定角度傾斜地層疊的魚骨(herring-bone)結(jié)構(gòu)的。
但是，這種碳素纖維多是混入樹脂等中而制成復(fù)合原料加以使用的，而與樹脂之間的密接性一般不是太好。
可以認(rèn)為，碳素六邊網(wǎng)層(AB面)從內(nèi)外表面直接露出因而表面的活性度低是其一個原因。此外，由于氣相生長法本身的局限性，在以氣相生長法制造的碳素纖維的表面上，會形成未充分結(jié)晶的、呈非晶形形狀的過剩碳堆積成的薄堆積層?？梢哉J(rèn)為，由于該堆積層的活性度也較低，因而導(dǎo)致與樹脂的密接性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種活性度能夠調(diào)整的碳素纖維、電極材料以及碳素纖維的制造方法。
為解決上述問題，本發(fā)明的一個形態(tài)所涉及的碳素纖維的原材料具有切頭圓錐筒形碳素網(wǎng)層的同軸層疊結(jié)構(gòu)(coaxial stackingmorphology of truncated conical tubular graphene layers)，各個所說切頭圓錐筒形碳素網(wǎng)層包含有碳素六邊網(wǎng)層(hexagonal carbonlayer)。
換言之，該碳素纖維具有多個呈無底杯形的碳素六邊網(wǎng)層層疊的、杯狀層疊(cup stacked)或者燈傘狀層疊(lampshade stacked)結(jié)構(gòu)。該切頭圓錐筒形碳素網(wǎng)層的同軸層疊結(jié)構(gòu)可形成無節(jié)的中空核(a hollow core with no bridge)。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，各個切頭圓錐筒形碳素網(wǎng)層呈如下結(jié)構(gòu)，即，在軸向的兩端具有大直徑環(huán)端(large ringend)和小直徑環(huán)端(small ring end)，從外表面?zhèn)鹊拇笾睆江h(huán)端及內(nèi)表面?zhèn)鹊男≈睆江h(huán)端露出碳素六邊網(wǎng)層的邊緣。換句話說，呈魚骨結(jié)構(gòu)的傾斜的碳素六邊網(wǎng)層的邊緣呈層狀露出。
另外，通常的魚骨結(jié)構(gòu)碳素纖維是多個呈有底杯形碳素六邊網(wǎng)層層疊的結(jié)構(gòu)，而本發(fā)明的一個形態(tài)所涉及的碳素纖維的原材料在數(shù)十nm～數(shù)十μm長度的范圍內(nèi)不具有節(jié)，呈中空狀。電解液可以進入并被保持在該中空部中。
本發(fā)明的一個形態(tài)所涉及的碳素纖維，是以多個碳素六邊網(wǎng)層為一組，而沿所說軸向排列的多個組中的至少一個組，是所說多個碳素六邊網(wǎng)層的各兩層的所說大直徑環(huán)端之間通過層接合部相接合，外表面以截面呈多重環(huán)形而封閉。
在這里，可以使各組的碳素六邊網(wǎng)層的數(shù)量為10層左右。此外，層接合部可以包含有碳素五邊網(wǎng)層。
多個組中的至少其它的一個組，可從所說大直徑環(huán)端處露出所說碳素六邊網(wǎng)層的邊緣?；蛘?，多個組中的至少一個組，可從所說小直徑環(huán)端露出所說碳素六邊網(wǎng)層的邊緣。并且，多個組中的至少一個組，其所說多個碳素六邊網(wǎng)層的各兩層的所說小直徑環(huán)端之間可通過層接合部相接合，內(nèi)表面以截面呈多重環(huán)形而封閉。
要形成上述層接合部，只要將作為原材料的碳素纖維在非氧化性氛圍中進行熱處理(第1熱處理)即可。而若在第1熱處理之后，將該碳素纖維在氧化性氛圍中進行熱處理(第2熱處理)，則能夠使層接合部消失，從而使碳素六邊網(wǎng)層的邊緣從大直徑環(huán)端及/或小直徑環(huán)端露出。
這些碳素纖維可作為電池用電極材料使用。


圖1是以氣相生長法制造的魚骨結(jié)構(gòu)的碳素纖維的穿透型電子顯微鏡照片的復(fù)印圖。
圖2是圖1的放大照片的復(fù)印圖。
圖3是圖2的示意圖。
圖4是在大約530℃溫度下，在大氣中熱處理1小時后的魚骨結(jié)構(gòu)的碳素纖維的穿透型電子顯微鏡照片的復(fù)印圖。
圖5是圖4的放大照片的復(fù)印圖。
圖6是將圖5進一步放大后的照片的復(fù)印圖。
圖7是圖6的示意圖。
圖8是對將魚骨結(jié)構(gòu)的碳素纖維(樣品NO.24PS)，在大氣中，分別以500℃、520℃、530℃、540℃熱處理1小時后的碳素纖維的喇曼頻譜加以展示的特性圖。
圖9是對經(jīng)上述熱處理而露出碳素六邊網(wǎng)層的邊緣的樣品NO.19PS、樣品NO.24PS的碳素纖維的喇曼頻譜加以展示的特性圖。
圖10是對上述露出碳素六邊網(wǎng)層的邊緣的樣品NO.19PS、樣品NO.24PS的碳素纖維進行3000℃的熱處理后的碳素纖維的喇曼頻譜加以展示的特性圖。
圖11是對碳素六邊網(wǎng)層的邊緣的接合狀態(tài)加以展示的穿透型電子顯微鏡照片的復(fù)印圖。
圖12是對碳素六邊網(wǎng)層的邊緣的接合狀態(tài)加以展示的穿透型電子顯微鏡照片的復(fù)印圖。
圖13是對碳素六邊網(wǎng)層的邊緣的接合狀態(tài)加以展示的穿透型電子顯微鏡照片的復(fù)印圖。
圖14是對碳素六邊網(wǎng)層的接合狀態(tài)加以展示的示意圖。
圖15是對切頭圓錐筒形碳素網(wǎng)層的同軸層疊結(jié)構(gòu)加以展示的、依據(jù)精密量子理論計算(rigorous quantum theoretical calculation)繪制的計算機繪圖。
圖16是圖15所示切頭圓錐筒形碳素網(wǎng)層的同時層疊結(jié)構(gòu)的一個單位的碳素六邊網(wǎng)層的依據(jù)精密量子理論計算繪制的計算機繪圖。
圖17是用來對形成切頭圓錐筒形碳素網(wǎng)層的同時層疊結(jié)構(gòu)的外表面的大直徑環(huán)端及形成其內(nèi)表面的小直徑環(huán)端進行說明的示意圖。
圖18是用來對在碳素纖維的外周面的大范圍內(nèi)形成的熱分解碳的堆積膜進行說明的示意圖。
具體實施例方式
下面，對本發(fā)明的最佳實施形式結(jié)合附圖進行詳細(xì)說明。
本發(fā)明所涉及的以氣相生長法制造的碳素纖維呈無底杯形碳素六邊網(wǎng)層相層疊的結(jié)構(gòu)(以下稱作魚骨結(jié)構(gòu)的碳素纖維)。
作為碳素纖維，有碳素六邊網(wǎng)層呈同心狀生長的，有碳素六邊網(wǎng)層與軸線相垂直地生長的，而通過改變催化劑、溫度范圍、流量等氣相生長條件，還能夠制造出具有碳素六邊網(wǎng)層相對于纖維軸以一定角度傾斜地層疊的魚骨(herring-bone)結(jié)構(gòu)的碳素纖維。
通常的魚骨結(jié)構(gòu)的碳素纖維呈多個有底杯形碳素六邊網(wǎng)層層疊的結(jié)構(gòu)，而以本發(fā)明一實施形式所采用的氣相生長法制造的碳素纖維呈多個無底杯形碳素六邊網(wǎng)層層疊的結(jié)構(gòu)(下面，將該無底碳素纖維稱作魚骨結(jié)構(gòu)的碳素纖維)。
即，該碳素纖維具有圖15中的計算機繪圖所示的切頭圓錐筒形碳素網(wǎng)層的同軸層疊結(jié)構(gòu)1。各個切頭圓錐筒形碳素網(wǎng)層由圖16所示的碳素六邊網(wǎng)層10形成。在這里，圖15所示的各碳素六邊網(wǎng)層10實際上在軸向A上是緊密層疊的，而在圖15中，為便于進行說明而將層疊密度表現(xiàn)得較稀疏。
圖16是圖15的示意圖，各碳素六邊網(wǎng)層10在軸向的兩端具有大直徑環(huán)端20和小直徑環(huán)端22。各大直徑環(huán)端20在軸向A上層疊而形成碳素纖維1的外表面30，各小直徑環(huán)端22在軸向A上層疊而形成碳素纖維1的內(nèi)表面32。這樣，碳素纖維1呈具有中心孔14的、無節(jié)的中空核的形狀。
下面，對圖15所示碳素纖維1的制造方法的一個例子進行說明。
反應(yīng)器使用的是公知的縱型反應(yīng)器。
原料使用苯，以產(chǎn)生大約20℃的蒸汽壓的分壓力，靠氫氣流向反應(yīng)器以流量0.3l/h送入燃燒室中。催化劑使用二茂鐵，在185℃下使其氣化，以大約3×10-7mol/s的濃度送入燃燒室中。反應(yīng)溫度約為1100℃，反應(yīng)時間約為20分，得到平均直徑約為100nm的魚骨結(jié)構(gòu)的碳素纖維。通過對原料的流量、反應(yīng)溫度進行調(diào)節(jié)(根據(jù)反應(yīng)器大小改變之)，可得到多個無底杯形的碳素六邊網(wǎng)層層疊的、數(shù)十nm～數(shù)十μm的范圍無節(jié)(橋)的中空的碳素纖維。
作為本實施形式，如后所述，通過對由多個該無底杯形碳素六邊網(wǎng)層層疊的碳素纖維體進行研磨，從而調(diào)整為一個～數(shù)百個無底杯形碳素六邊網(wǎng)層層疊的碳素纖維體。當(dāng)然，也可以調(diào)整為數(shù)千個～數(shù)萬個等碳素六邊網(wǎng)層層疊的任意長度的碳素纖維體。
首先，對碳素纖維的特性進行說明。
圖1是以上述氣相生長法制造的魚骨結(jié)構(gòu)的碳素纖維的穿透型電子顯微鏡照片的復(fù)印圖，圖2是其放大照片的復(fù)印圖，圖3是其示意圖。
由各圖可知，形成有將傾斜的碳素六邊網(wǎng)層10覆蓋的、呈非晶形形狀的過剩碳堆積而成的堆積層12。14是中心孔。
圖18是對碳素纖維1的外表面30在較大范圍內(nèi)形成有堆積層14的狀況進行示意。如圖18所示，在碳素纖維1的外表面未被堆積層12覆蓋的部分處，碳素六邊網(wǎng)層10的邊緣從露出的大直徑環(huán)端20處直接露出，該部分的活性度高。碳素纖維1的內(nèi)表面上也有未被堆積層12覆蓋的區(qū)域，在該區(qū)域，碳素六邊網(wǎng)層10的邊緣從所露出的小直徑環(huán)端22處直接露出。
通過將形成有這樣的堆積層12的碳素纖維在400℃以上、較好為500℃以上、更好為520℃以上530℃以下的溫度下，在大氣中加熱1～數(shù)小時，使堆積層12氧化并發(fā)生熱分解，從而將堆積層12除去進而露出碳素六邊網(wǎng)層的邊緣(六員環(huán)端)。
或者，以超臨界水清洗碳素纖維也能夠?qū)⒍逊e層12除去，使碳素六邊網(wǎng)層的邊緣露出。
或者，將上述碳素纖維浸漬于鹽酸或硫酸中，以攪拌器進行攪拌的同時加熱到80℃左右也能夠?qū)⒍逊e層12除去。
圖4是如上所述在約530℃的溫度下、在大氣中熱處理1小時后的魚骨結(jié)構(gòu)碳素纖維的穿透型電子顯微鏡照片的復(fù)印圖，圖5是其放大照片的復(fù)印圖，圖6是進一步放大的照片的復(fù)印圖，圖7是其示意圖。
由圖5～圖7可知，通過如上所述的熱處理等，可將一部分堆積層12除去，進一步提高碳素六邊網(wǎng)層10的邊緣(碳素六員環(huán)端)的露出度。而殘留的堆積層12可以認(rèn)為也已基本上分解，只是附著在上面而已。若進行數(shù)小時熱處理，再以超臨界水進行清洗，堆積層12也能夠100％除去。
此外，由圖4可知，碳素纖維10是多個無底杯形的碳素六邊網(wǎng)層層疊而成，至少在數(shù)十nm～數(shù)十μm范圍內(nèi)呈中空狀。
碳素六邊網(wǎng)層相對于中心線的傾斜角為25度～35度左右。
此外，由圖6和圖7可知，碳素六邊網(wǎng)層10的邊緣露出的外表面及內(nèi)表面的部位，其邊緣不是對齊的，呈現(xiàn)出nm(納米)即原子大小水平的微小的凹凸16。如圖2所示，堆積層12未除去前并不明顯，而通過上述熱處理將堆積層12除去后，呈現(xiàn)出凹凸16。
露出的碳素六邊網(wǎng)層10的邊緣易與其它原子結(jié)合，具有極高的活性度。可以認(rèn)為，這是由于經(jīng)過在大氣中進行的熱處理，在堆積層12被除去的同時，在露出的碳素六邊網(wǎng)層10的邊緣上，苯酚性羥基、羧基、醌型羰基、內(nèi)酯基等含氧官能團增大，這些含氧官能團的親水性、與其它物質(zhì)的親和性高的緣故。
而且由于做成中空結(jié)構(gòu)以及具有凹凸16，故固定效果大。
圖8示出將魚骨結(jié)構(gòu)的碳素纖維(樣品NO.24PS)，在大氣中，分別以500℃、520℃、530℃、540℃熱處理1小時后的碳素纖維的喇曼頻譜。
通過上述熱處理將堆積層12除去這一點已在圖5～圖7中示出，而由圖8的喇曼頻譜可知，由于存在D峰值(1360cm-1)以及G峰值(1580cm-1)，顯示出它是碳素纖維，而且是非石墨化結(jié)構(gòu)的碳素纖維。
即，可以認(rèn)為，上述魚骨結(jié)構(gòu)的碳素纖維具有碳素網(wǎng)面錯開(研磨)的亂層結(jié)構(gòu)(Turbostratic Structure)。
該亂層結(jié)構(gòu)碳素纖維中，雖具有各碳素六邊網(wǎng)層平行的層疊結(jié)構(gòu)，但是是各六邊網(wǎng)面在平面方向上錯開或旋轉(zhuǎn)的層疊結(jié)構(gòu)，不具有結(jié)晶學(xué)上的規(guī)律性。
該亂層結(jié)構(gòu)的特點是，其它原子等不容易進入層間。這也可以說是一個優(yōu)點。即，由于物質(zhì)難以進入層間，故原子等容易被載持在如前所述露出的、活性度高的碳素六邊網(wǎng)層的邊緣上，因此，可謀求其能夠作為高效率的載持體發(fā)揮功能。
圖9示出經(jīng)上述熱處理使碳素六邊網(wǎng)層的邊緣露出的樣品NO.19PS、樣品NO.24PS的碳素纖維的喇曼頻譜。
而圖10示出對上述露出碳素六邊網(wǎng)層的邊緣的樣品NO.19PS、樣品NO.24PS的碳素纖維進行3000℃的熱處理(通常的石墨化處理)后的碳素纖維的喇曼頻譜。
由圖10所示可知，即使對碳素六邊網(wǎng)層的邊緣露出的碳素纖維進行石墨化處理，D峰值也不會消失。這說明，即使進行石墨化處理也未石墨化。
雖未圖示，但從即使X射線衍射也未產(chǎn)生112面的衍射線，由此也可判明，上述碳素纖維未石墨化。
可以認(rèn)為，之所以即使進行石墨化處理碳素纖維也未石墨化，是由于易于石墨化的堆積層12被除去的緣故。此外，還明確得知，剩下的魚骨結(jié)構(gòu)的部位不會石墨化。
如上所述，即使在高溫氣氛下碳素纖維也不會石墨化，這意味著碳素纖維具有熱穩(wěn)定性。
上述基本結(jié)構(gòu)的碳素纖維，由于從大直徑環(huán)端20及小直徑環(huán)端22露出的碳素六邊網(wǎng)層的邊緣具有很高的活性度，因此，其本身適合作為鋰二次電池等各種電池的電極材料使用。
即，在作為鋰二次電池的電極材料使用的場合，鋰離子容易被吸附在這種具有高活性的邊緣上，因此，具有可吸儲大量鋰離子的吸儲性，這是電池容量得以提高的一個重要原因。加之，電解液能夠進入并被保持在碳素纖維的中心孔中，這也有助于從纖維內(nèi)露出的邊緣吸儲大量鋰離子而提高吸儲性，是電池容量得以提高的一個重要原因。
但是，盡管上述基本結(jié)構(gòu)的碳素纖維如前所述不易石墨化，但本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過熱處理會發(fā)生如下令人感興趣的變化。
即，對于多個無底杯形碳素六邊網(wǎng)層層疊的碳素纖維且經(jīng)過例如530℃左右溫度下的熱處理而堆積層被除去的碳素纖維，在非氧化性氛圍中，在大約3000℃的溫度下進行了5分鐘以上的熱處理(第1熱處理)。于是發(fā)現(xiàn)，如圖11、圖12、圖13所示，碳素纖維呈現(xiàn)出松球狀或鋸齒狀(saw-toothed type)的外表面。
圖14是對各碳素六邊網(wǎng)層的大直徑環(huán)端20接合后的狀態(tài)加以展示的示意圖。
如圖14所示，由多層碳素六邊網(wǎng)層構(gòu)成的各組(圖14中示出P1和P2兩組)的每一組，構(gòu)成各組的最內(nèi)側(cè)的兩個碳素六邊網(wǎng)層10的大直徑環(huán)端20以其截面呈環(huán)形相接合而封閉，并且其外側(cè)的兩個碳素六邊網(wǎng)層10的大直徑環(huán)端20以其截面呈環(huán)形相接合而封閉，其碳素六邊網(wǎng)層10的大直徑環(huán)端相繼接合而封閉。其結(jié)果，屬于各組P1、P2的各碳素六邊網(wǎng)層10的大直徑環(huán)端20成為不具有邊緣的層接合部40，以截面呈多重環(huán)形而封閉的結(jié)構(gòu)。
雖然如上所述兩層環(huán)端相接合而封閉的機理尚不清楚，但屬于各組的碳素六邊網(wǎng)層的數(shù)量在10層左右這一點頗令人深思。
另外，經(jīng)過該第1熱處理，無底杯形碳素六邊網(wǎng)層10的小直徑環(huán)端22也呈現(xiàn)出封閉的傾向。
此外，通過調(diào)整第1熱處理的條件(時間、溫度等)，能夠調(diào)整各層間封閉的程度。
因此，能夠?qū)μ妓亓吘W(wǎng)層的邊緣的活性度進行調(diào)整。
該碳素纖維可用于與樹脂和金屬等進行混合而形成復(fù)合原料的用途中。在碳素六邊網(wǎng)層的邊緣露出的場合，該露出的邊緣具有極高的活性度，與樹脂的密接性非常好，而且能夠形成強度非常高的復(fù)合原料。
并且，由于能夠通過碳素六邊網(wǎng)層的大直徑環(huán)端20及/或小直徑環(huán)端22如上所述的接合和封閉，對活性度進行調(diào)整，因而能夠形成強度和柔軟性等性能各不相同的各種復(fù)合原料。
此外，上述碳素纖維還能夠作為各種電池的電極材料加以使用。
在將露出碳素六邊網(wǎng)層的邊緣的碳素纖維，例如作為鋰二次電池的電極材料(主要作為負(fù)極材料)使用的場合，如前所述，能夠在其活性度高的邊緣吸儲大量的鋰離子，因此能夠提高容量，而且通過如上所述地調(diào)整活性度，能夠進行容量的調(diào)整。此外，通過使碳素六邊網(wǎng)層的大直徑環(huán)端20或小直徑環(huán)端22封閉而用作鉛蓄電池和其它電池的電極材料時，還能夠?qū)⑵湔{(diào)整為不易被電解液侵蝕的電極材料。
此外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，通過在上述第1熱處理之后在氧化性氛圍中進行的第2熱處理，能夠發(fā)生更令人感興趣的現(xiàn)象。
該第2熱處理是在氧化性氛圍中(例如大氣中)例如在大約700℃溫度下進行1小時的熱處理。
經(jīng)過該第2熱處理，在第1熱處理時以截面呈多重環(huán)形而封團的屬于各組P1、P2的碳素六邊網(wǎng)層10的大直徑環(huán)端20或小直徑環(huán)端22重又打開而成為邊緣。
如上所述，堆積層12被除去的碳素纖維如圖6和圖7所示，露出碳素六邊網(wǎng)層10的邊緣的外表面及內(nèi)表面，其邊緣不是對齊的，呈現(xiàn)出nm(納米)即原子大小水平的微小的凹凸16。而且，沿周向觀察各碳素六邊網(wǎng)層的環(huán)狀邊緣時，并不是完全的圓形，而是不規(guī)整的周向端緣。
這種露出碳素六邊網(wǎng)層的邊緣如上所述具有很強的活性，具有能夠大量吸儲鋰離子等的優(yōu)點。
但是邊緣不整齊也會帶來問題。
即，由于邊緣不整齊而具有毛刺，因此會阻礙鋰離子等離子和各種氣體進入碳素六邊網(wǎng)層層間。
通過對該碳素纖維進行上述第1熱處理，其碳素六邊網(wǎng)層的大直徑環(huán)端20或小直徑環(huán)端22以截面呈環(huán)形而封閉，而在該環(huán)端以截面呈環(huán)形封閉時，碳素六邊網(wǎng)層的大直徑環(huán)端20或小直徑環(huán)端22被修飾而秩序良好地重新排列。并且，可以認(rèn)為，由于將兩個碳素六邊網(wǎng)層接合起來的層接合部40包含有碳素五邊網(wǎng)，故使其呈截面為環(huán)形形成，從而將兩個層的碳素六邊網(wǎng)層10的大直徑環(huán)端20或小直徑環(huán)端22封閉。
包含有該碳素五邊網(wǎng)的層接合部40的物理和化學(xué)強度低。于是，通過進行上述第2熱處理，該強度低的層接合部40被氧化、分解，使碳素六邊網(wǎng)層10的大直徑環(huán)端20或小直徑環(huán)端22重又打開從而露出邊緣。
此時，如上所述，碳素六邊網(wǎng)層10露出的邊緣經(jīng)第1熱處理得到修飾，因此，碳素六邊網(wǎng)層10的不整齊狀態(tài)消除，成為較為整齊的邊緣露出。
如上所述，碳素六邊網(wǎng)層10的邊緣以整齊的狀態(tài)露出，因此，該邊緣的活性度將保持不變，并且使得鋰離子等各種離子、氣體、液體等能夠良好地出入于各碳素六邊網(wǎng)層10之間，更適合作為鋰二次電池的電極材料加以使用。
除此之外，能夠作為與樹脂、金屬混合以形成復(fù)合原料的材料使用，這一點自不待言，而且還能夠用于其它各種用途中。
例如，可將該碳素纖維混合于乙醇等混合用介質(zhì)中，以噴槍噴射到電極上使之堆積，經(jīng)過干燥后在電極上形成碳素纖維層，從而將其應(yīng)用于場致電子發(fā)射等之中。在這種場合，碳素六邊網(wǎng)層的邊緣可作為電子發(fā)射端起作用，而且由于邊緣整齊，因而能夠得到大的放電電流，得到所需要的強電場。
權(quán)利要求
1.一種碳素纖維，其特征是，具有切頭圓錐筒形碳素網(wǎng)層的同軸層疊結(jié)構(gòu)，各個所說切頭圓錐筒形碳素網(wǎng)層包含有碳素六邊網(wǎng)層，并且，在軸向的兩端具有大直徑環(huán)端和小直徑環(huán)端，以所說多個碳素六邊網(wǎng)層為一組，而沿所說軸向排列的多個組中的至少一個組，其所說多個碳素六邊網(wǎng)層的各兩層的所說大直徑環(huán)端之間通過層接合部相接合，外表面以截面呈多重環(huán)形而封閉。
2.如權(quán)利要求1所說的碳素纖維，其特征是，所說一組中所配置的所說碳素六邊網(wǎng)層的數(shù)量為10層左右。
3.如權(quán)利要求1所說的碳素纖維，其特征是，所說層接合部包含有碳素五邊網(wǎng)層。
4.如權(quán)利要求1所說的碳素纖維，其特征是，所說多個組中的至少其它的一個組，從所說大直徑環(huán)端露出所說碳素六邊網(wǎng)層的邊緣。
5.如權(quán)利要求1所說的碳素纖維，其特征是，所說多個組中的至少一個組，從所說小直徑環(huán)端露出所說碳素六邊網(wǎng)層的邊緣。
6.如權(quán)利要求1所說的碳素纖維，其特征是，所說多個組中的至少一個組，其所說多個碳素六邊網(wǎng)層的各兩層的所說小直徑環(huán)端之間通過層接合部相接合，內(nèi)表面以截面呈多重環(huán)形而封閉。
7.如權(quán)利要求1至6之一的權(quán)利要求所說的碳素纖維，其特征是，所說切頭圓錐筒形碳素網(wǎng)層的同軸層疊結(jié)構(gòu)形成無節(jié)的中空核。
8.一種電池用電極材料，其特征是，具有權(quán)利要求1所說的碳素纖維。
9.一種碳素纖維的制造方法，其特征是，具有，準(zhǔn)備具有切頭圓錐筒形碳素網(wǎng)層的同軸層疊結(jié)構(gòu)、各個所說切頭圓錐筒形碳素網(wǎng)層包含有碳素六邊網(wǎng)層且在軸向的兩端具有大直徑環(huán)端和小直徑環(huán)端的碳素纖維的工序，對所說碳素纖維在非氧化性氛圍中進行熱處理，使所說多個碳素六邊網(wǎng)層為一組，在沿所說軸向排列的多個組中的至少一組中，使所說多個碳素六邊網(wǎng)層的各兩層的所說大直徑環(huán)端之間通過層接合部相接合，從而使外表面以截面呈多重環(huán)形而封閉的第1熱處理工序，在所說第1熱處理工序之后，對所說碳素六邊網(wǎng)層在氧化性氛圍中進行熱處理，使所說各兩層的大直徑環(huán)端之間的接合解除，從所說大直徑環(huán)端露出所說碳素六邊網(wǎng)層的邊緣的第2熱處理工序。
10.如權(quán)利要求9所說的碳素纖維的制造方法，其特征是，所說第1熱處理工序中，在所說多個組的至少一個組中，使所說多個碳素六邊網(wǎng)層的各兩層的所說小直徑環(huán)端之間通過層接合部相接合，內(nèi)表面以截面呈多重環(huán)形而封閉。在所說第2熱處理工序中，使所說各兩層的小直徑環(huán)端之間的接合解除，從所說小直徑環(huán)端露出所說碳素纖維六邊網(wǎng)層的邊緣。
11.一種碳素纖維，其特征是，以權(quán)利要求9或10所說的制造方法進行制造，屬于所說多個組中的各組的所說多個碳素六邊網(wǎng)層的邊緣露出。
12.一種電池用電極材料，其特征是，具有權(quán)利要求11所說的碳素纖維。
全文摘要
碳素纖維具有切頭圓錐筒形碳素網(wǎng)層的同軸層疊結(jié)構(gòu)，其各個碳素網(wǎng)層包含有碳素六邊網(wǎng)層，并且在軸向的兩端具有大直徑環(huán)端和小直徑環(huán)端。當(dāng)將該碳素纖維在非氧化性氛圍中進行熱處理時，以多個碳素六邊網(wǎng)層為一組，沿軸向排列的多個組中的至少一組，其多個碳素六邊網(wǎng)層的各兩層的大直徑環(huán)端之間通過層接合部相接合，外表面以截面呈多重環(huán)形而封閉。此后若在氧化性氛圍中對碳素纖維進行熱處理，則層接合部消失，碳素六邊網(wǎng)層的邊緣以整齊的狀態(tài)從大直徑環(huán)端露出。
文檔編號C01B31/02GK1408906SQ0214228
公開日2003年4月9日 申請日期2002年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月29日
發(fā)明者柳澤隆, 檜垣俊次 申請人:株式會社科立思