[發(fā)明專利]氣相生長石墨纖維組成物與其混合物及其應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2012-08-13
• 公開（公告）號: CN102795618A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王春山;王燈輝
• 申請（專利權(quán)）人: 新永裕應(yīng)用科技材料股份有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;B82Y30/00
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是有關(guān)于一種石墨纖維(Graphite?Fibers)組成物與其混合物，且特別是有關(guān)于一種氣相生長石墨纖維(Vapor-Grown?Graphite?Fibers；VGGF)組成物與其混合物。

背景技術(shù)

近年來，隨著信息、通信、計算機、能源等產(chǎn)業(yè)的演進腳步，電子器材往更小體積、更高功能的方向進展，故對于電子材料的性能有更高的需求。已知技術(shù)常于塑料、橡膠等材料中添加非纖維狀碳黑，以提高材料的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、強度等性能。由于非纖維狀碳黑是顆粒狀，因而缺乏連續(xù)性，故往往必須大量添加，才能稍有效果。然而，大量添加的結(jié)果會使復(fù)材的物性下降且容易脫碳，造成無塵室發(fā)生加工清潔度的問題。

又一已知技術(shù)改為采用聚丙烯腈(PAN)基碳纖維及瀝青(Pitch)基碳纖維。雖然這些碳纖維具有連續(xù)性，但其直徑太大(約10微米(μm)以上)，于復(fù)材內(nèi)能構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)數(shù)目有限，故仍必須大量添加才會有效果，亦造成其物性下降且有容易脫碳的問題。

為解決上述的問題，再一已知技術(shù)利用直徑較小的氣相生長碳纖維(Vapor-Grown?Carbon?Fiber；VGCF)來取代非纖維狀碳黑與碳纖維。由于VGCF的直徑相當(dāng)小(大約50至200納米(nm))，故只要添加少量即可在復(fù)材內(nèi)構(gòu)成許多連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，因而不會造成復(fù)材物性下降及脫碳的問題，可維持無塵室的清潔度。加上，VGCF具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、高強度等特性，可大幅提升復(fù)材的性能。然而，已知的VGCF內(nèi)含有太多非纖維狀碳，因而降低其在復(fù)材中所能建構(gòu)的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)目，從而影響復(fù)材的性能。再者，因已知的VGCF未被高度石墨化，故其對復(fù)材的導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性能的提高未如預(yù)期。此外，已知的VGCF制程所使用的金屬催化劑未被去除到一適當(dāng)范圍，因而金屬含量過高，使其在能源材料應(yīng)用上，于電化學(xué)反應(yīng)時會有不良影響，對電池功率及循環(huán)壽命的提高成效不彰。

因此，需要提出一種VGGF組成物與其混合物，藉以改善已知的VGCF未被高度石墨化與含有太多非纖維狀碳與金屬成份等雜質(zhì)的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個方面是提供一種氣相生長石墨纖維(VGGF)組成物，藉以改善已知的VGCF未被高度石墨化與含有太多非纖維狀碳與金屬成份等雜質(zhì)的實質(zhì)問題。

此VGGF組成物包含含量至少99.9重量百分比(wt%)的碳成份，其石墨化度至少在75%以上，較佳為85%以上，此碳成份包含纖維狀VGGF與非纖維狀碳，其中通過掃描式電子顯微鏡(Scanning?Electron?Microscope；SEM)所測量到的非纖維狀碳與纖維狀VGGF間的面積比是小于或等于5%。纖維狀VGGF更包含具有立體交聯(lián)結(jié)構(gòu)的石墨纖維（也稱之為“立體石墨纖維”），此具有立體交聯(lián)結(jié)構(gòu)的石墨纖維在纖維狀VGGF中的含量是實質(zhì)介于5重量百分比至50重量百分比之間。

在一實施例中，上述的VGGF組成物的平均外徑是實質(zhì)介于50納米至200納米之間，其平均長徑比實質(zhì)介于10至5000之間。當(dāng)利用熱重分析儀(Thermogravimeteric?Analyzer；TGA)進行分析，在升溫速率10℃/分鐘(℃/min)與空氣流量10至20毫升/分鐘(ml/min)的測試條件下，上述的VGGF組成物的熱解起始溫度是大于約700℃。石墨纖維組成物的含水率是小于約0.2重量百分比，而其金屬含量小于約200ppm。

依照本發(fā)明一實施例，上述的非纖維狀碳與纖維狀VGGF為連接、重疊或分離的狀態(tài)。

依照本發(fā)明一實施例，上述的纖維狀VGGF包含由碳六角網(wǎng)平面石墨卷繞而成的一細長中空多層結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的又一方面是提供一種混合物。此混合物包含：樹脂或無機物；以及上述的VGGF組成物。

依照本發(fā)明一實施例，上述纖維狀VGGF組成物與N-甲基吡咯烷酮(N-Methyl-2-pyrrolidone；NMP)的混合物的體積電阻是小于50奧姆-厘米(Ω-cm)。其中VGGF組成物于混合物中的含量是30重量百分比。在一實施例中，此混合物還包含樹脂或無機物。

本發(fā)明的另一方面是提供VGGF組成物的各種應(yīng)用，例如：鋰電池電極材料、燃料電池材料、導(dǎo)電特性復(fù)合材料、導(dǎo)熱特性復(fù)合材料、機械強度特性復(fù)合材料等，這些材料均包含上述的混合物。

由上述實施例可知，應(yīng)用本發(fā)明的VGGF組成物及含有此VGGF組成物的混合物，可大幅地提升VGGF組成物在復(fù)材中所能建構(gòu)的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)目，降低不純物的影響，而改善復(fù)材的性能，并大幅地提升復(fù)材的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、強度等性能。

附圖說明