DE69326587T2

DE69326587T2 - Graphitisierte Kohlenstoffasern

Info

Publication number: DE69326587T2
Application number: DE69326587T
Authority: DE
Inventors: Minoru Harada; Masanori Niiyama
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1992-07-06
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 2000-05-11
Anticipated expiration: 2013-07-07
Also published as: CA2099808A1; CA2099808C; DE69326587D1; EP0583062B1; EP0583062A1; US5409775A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern, ein Verfahren zur Herstellung der Kohlenstofffasern, welche in einer Dampfphase gezüchtet und dann graphitisiert sind, geformte Elemente bzw. Formteile aus dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern und Verbundelemente bzw. Faserwerkstoffteile daraus. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern, welche für Verbundelemente, wie etwa Verbundmaterialien, geformte Verbundmaterialien oder ähnliches, oder geformte Elemente, welche im wesentlichen ausschließlich mit dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern geformt sind, geeignet sind, ein Verfahren zur Herstellung der dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern, wobei die daraus geformten Elemente ausschließlich oder im wesentlichen ausschließlich die dampfgezüchteten oder graphitisierten Kohlenstofffasern aufweisen, und Verbundelemente, welche die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern und eine Matrix aufweisen.
Kohlenstofffasern, welche in einer Dampfphase gezüchtet sind, welche als dampfgezüchtete Kohlenstofffasern bezeichnet werden können, können hergestellt werden durch Aussetzen einer Kohlenstoffverbindung einer Erwärmung bei Temperaturen im Bereich von 800ºC bis 1300ºC in Anwesenheit ei nes Katalysators, der Eisen oder Nickel in superfeiner bzw. hochfeiner Teilchenform aufweist. Die sich ergebenden dampfgezüchteten Kohlenstofffasern können dann in einfacher Weise in Kohlenstofffasern mit einer Graphitstruktur umgewandelt werden, indem die dampfgezüchteten Kohlenstofffasern erwärmt werden. Wenn beispielsweise die dampfgezüchteten Kohlenstofffasern auf Temperaturen höher als 2800ºC zur Bildung von dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern erwärmt werden, weisen die Kristallgitterebenen in der Richtung parallel zu der Faserachse weniger Defekte auf und können mit den Jahresringen eines Baumes verglichen werden. Daher weisen in der Dampfphase gezüchtete und dann graphitisierte Kohlenstofffasern ein hohes Maß an physischer Stärke und Elastizitätsmodul bzw. Elastizität auf, und sind sehr gute elektrische Leiter und thermische Leiter.
Es wird daher in hohem Maße angenommen, daß dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern Verbundmaterialien mit hervorragenden Eigenschaften zur Verfügung stellen können. Mit dieser Erwartung wurden extensive Untersuchungen betrieben, um geformte Elemente zu entwickeln, welche derartige dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern mit hoher Packungsdichte aufweisen und im wesentlichen ausschließlich aus derartigen Kohlenstofffasern bestehen.
Als Ergebnis dieser extensiven Untersuchungen wurde jedoch festgestellt, daß es Schwierigkeiten bereitet, derartige geformte Elemente zu formen, welche im wesentlichen ausschließlich aus derartigen dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern bestehen und diese in einer hoher Packungsdichte aufweisen. Es kann angenommen werden, daß diese Schwierigkeit darauf beruht, daß, wenn die dampfge züchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern mit einem anderen Material zur Bildung eines Verbundmaterials gemischt werden, dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern verwendet werden, welche durch Einstellung bzw. Anpassung der dampfgezüchteten Kohlenstofffasern mit einem Mittel wie einer Kugelmühle oder ähnlichem, so daß sie eine geeignete Faserlänge aufweisen, beispielsweise mit einem Längenverhältnis bzw. einem Aspektverhältnis (aspect ratio) von 100 oder weniger zur Vermeidung einer ungleichmäßigen Dispersion der Kohlenstofffasern, und dann durch Graphitisierung der sich ergebenden Kohlenstofffasern hergestellt sind. Die so hergestellten dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern weisen in ihrer Kristallstruktur weniger Defekte auf, so daß sie mit anderen Materialien in geringerem Maße benetzbar sind und ein hohes Elastizitätsmodul aufweisen. Daher kann die Form eines geformten Elements, welches aus dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern hergestellt ist, aufgrund der hohen Pakkungsdichte nicht aufrecht erhalten werden. Ferner sind bzw. werden die sich ergebenden geformten Elemente sehr zerbrechlich, selbst wenn die Formen der dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern aufrechterhalten werden könnten.
Andererseits wurden jüngst extensive Untersuchungen durchgeführt, mit dem Ziel, eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie bzw. -Sammelbatterie zu entwickeln, welche Kohlenstoff als Aktivsubstanz für eine Elektrode verwendet.
Obwohl eine Lithium-Sammelbatterie aufgrund ihrer hohen Energiedichte Beachtung fand, besteht eine Gefahr, welche auftreten kann, wenn ihre Elektrode nicht in einer vollständigen Weise abgeschlossen bzw. versiegelt ist, da ein metallisches Lithium, welches bezüglich Sauerstoff und Feuchtigkeit hochaktiv ist, als Elektrode verwendet wird. Ferner kann sie den Nachteil aufweisen, daß die Elektroden aufgrund der Bildung von nadelartigen Lithiumkristallen, d. h. Dendrit, auf der Oberfläche der Lithiumelektrode kurzgeschlossen werden. Daher hat sich das Augenmerk verstärkt auf eine Lithiumionen-Sammelbatterie gerichtet, welche als Elektrode einen Kohlenstoff verwendet, welcher eine Einschließungs- bzw. Interkalationsverbindung mit den Lithiumionen bilden kann, da die Lithiumionen- Sammelbatterie nicht diese Gefahr bzw. diesen Nachteil aufweist, selbst wenn die Lithiumionen-Sammelbatterie in gewissem Maße die hohe Energiedichte, welche in der Lithiumsammelbatterie vorherrscht, opfert.
Unter den Kohlenstoff-Lithium-Ionen-Interkalationsverbindungen ist die Verbindung, welche eine größte Menge an Lithiumatomen aufweist, eine Verbindung erster Stufe und das Verhältnis von Kohlenstoffatomen zu Lithiumatomen beträgt sechs zu 1 (6 : 1). Wenn sämtliche Kohlenstoffatome zur Herstellung von Interkalationsverbindungen verwendet werden, und sämtliche bei einem Ladungsvorgang interkalierte Lithiumatome beim bzw. nach Entladen vollständig entinterkaliert sind, beträgt die Elektrizitätsmenge, welche abgegeben werden kann, maximal 372 mAh pro Gramm Kohlenstoff. Obwohl eine Vielzahl von Anstrengungen unternommen wurde, um diese theoretische Größe der abgebbaren bzw. entladbaren Elektrizität zu erreichen, wurde bislang noch keine Verbindung der ersten Stufe gefunden, welche eine zufriedenstellend hohe Menge an Elektrizität zur Verfügung stellte.
Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung von dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern, welche in der Lage sind, Verbundelemente zu formulieren bzw. zu bilden wie etwa Verbundmaterialien, welche im wesentlichen aus dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern oder verbundgeformten Elementen bestehen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung der dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung von geformten Elementen, welche die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern in hoher Packungsdichte enthalten.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung von Verbundelementen, welche die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern enthalten.
Zur Lösung der genannten Aufgaben umfaßt die vorliegende Erfindung dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern, wie sie in Anspruch 1 definiert sind
Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zur Herstellung der dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die dampfgezüchteten Kohlenstofffasern, welche nicht in einem wesentlichen Ausmaß gebrochen bzw. frakturiert sind, einer Graphitisierung ausgesetzt werden, indem sie auf Temperaturen von 2000ºC oder höher erwärmt werden und dann die sich ergebenden dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlen stofffasern mittels starker Stöße frakturiert bzw. einer Fraktur- bzw. Frakturierungsbehandlung ausgesetzt werden, so daß die sich ergebenden dampfphasigen und graphitisierten Kohlenstofffasern eine Spindichte von 8 · 10¹&sup8;spin/g oder weniger aufweisen, dies gemessen mit der Elektronenspinresonanzabsorptionsmethode.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner geformte Elemente, welche im wesentlichen ausschließlich aus dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern bestehen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Verbundelemente, welche die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern und eine Matrix aufweisen.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, in welcher die Struktur eines Beispiels einer Starkstoß- bzw. Hochenergierstoß-Behandlungsvorrichtung dargestellt ist, welche derart eingerichtet ist, daß sie im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbar ist.
a) Dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern Dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern können in dieser Beschreibung auch als VGCF (engl. vapor-grown and graphitised carbon fibres) abgekürzt werden.
Die erfindungsgemäßen VGCF weisen einen mittleren Faserdurchmesser von 5 um oder weniger auf, vorzugsweise von 0,1 um bis 3 um, und vorzugsweise von 0,3 um bis 2 um; sowie eine mittlere Faserlänge von 90 um oder weniger, und ein mittleres Längenverhältnis von 1 bis 18, vorzugsweise von 2 bis 16, höchst vorzugsweise von 5 bis 15 auf. Die VGCF, welche derartige Eigenschaften aufweisen, können zur Bildung von geformten Elementen oder Verbundelementen mit hoher Packungsdichte verwendet werden.
Alternativ ist es bevorzugt, daß die VGCF einen mittleren Faserdurchmesser von 1,5 um bis 3,0 um unter Berücksichtigung einer Aufrechterhaltung eines hohen Ladungsvolumens der negativen Elektrode in einer Sammelbatterie aufweisen. Wenn der mittlere Faserdurchmesser der VGCF kleiner als 1,5 um ist, wird das Lade- bzw. Ladungsvolumen der negativen Elektrode in der Sekundärbatterie klein. Wenn der mittlere Faserdurchmesser der VGCF größer als 3,0 um ist, verschlechtert sich die Form bzw. Qualität der Elektrode, und der Elektrodenzyklus bezüglich seiner Ladungs- und Entladungseigenschaften wird vermindert.
Wenn das mittlere Längenverhältnis der VGCF 18 übersteigt, können verbundgeformte Elemente mit guten Eigenschaften nicht hergestellt werden.
Die VGCF gemäß der vorliegenden Erfindung weisen eine Spindichte von 8 · 10¹&sup8; spin/g oder weniger auf, vorzugsweise 7 · 10¹&sup8; spin/g oder weniger, dies gemessen mit der Elektronenspinresonanzabsorptionsmethode.
Wenn die Spindichte der erfindungsgemäßen VGCF innerhalb des oben beschriebenen Bereiches ist, können die sich ergebenden Kohlenstofffasern verwendet werden, um eine Beschichtungsschicht herzustellen, oder können zu einem Artikel geformt werden, welcher seine Form beibehält, und können ferner als Material mit einem hohen Entladungsbetrag (bzw. guten Entladungseigenschaften) verwendet werden. Daher können die Kohlenstofffasern als Batterieelektrode zur Verwendung mit Interkalationsverbindungen des Lithiumions eingesetzt werden.
Die VGCF gemäß der vorliegenden Erfindung weisen eine Zwischenebenenabstand (doo2)des Graphitgitters auf, welcher normalerweise 3,45 Å oder weniger betragen kann, vorzugsweise von 3,35 Å bis 3,42 Å, höchst vorzugsweise von 3,35 Å bis 3,37 Å, und die Dicke der Graphitgitterebene in der Form des kondensierten bzw. verdichteten Benzolrings, d. h. die Dicke (L~) der laminierten Gitter in dem Kristall, welche normalerweise 30 Å oder dicker sein kann, vorzugsweise 300 Å oder dicker, höchst vorzugsweise 1000 Å oder dicker, dies von dem Standpunkt aus betrachtet, daß hochentwickelte Graphitisierung zur guten Formaufrechterhaltung von aus VGCF hergestellten geformten Teilen, guter Formung von durch VGCF und Lithium hergestellten Interkalationsverbindungen, guter Formung von geformten Elementen mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, und guten Verbundelementen, welche dünne Schichten bilden und große Stärke und sehr hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit aufweisen, beiträgt.
Die erfindungsgemäßen VGCF können in geeigneter Weise zur bzw. bei der Herstellung von Verbundelementen eingesetzt werden, wie etwa Verbundmaterialien und Verbundformelementen. Die Verbundmaterialien können durch Verbindung der VGCF mit einem Kunststoffmaterial, einem gummiartigen Material, einem metallischen Material, einem keramischen Material, einer Farbe oder einem Kleber mit einer hohen Packungsdichte hergestellt werden. Die Verbundformelemente, welche ausschließlich oder im wesentlichen ausschließlich aus den VGCF bestehen, können durch Verbindung einer großen Anzahl der VGCF mit einer möglichst geringen Menge an Bin der bzw. Bindemittel hergestellt werden, falls dies nötig sein sollte. Die Verbundmaterialien und die Verbundformelemente können als elektrisch hochleitfähige Materialien, thermisch hochleitfähige Materialien oder Träger für Katalysatoren verwendet werden.

b) Verfahren zur Herstellung der VGCF

Die erfindungsgemäßen VGCF, d. h. die für Verbundmaterialien geeigneten VGCF, können entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, wie nun im Einzelnen beschrieben wird.
Insbesondere können die VGCF durch Erwärmung der dampfgezüchteten Kohlenstofffasern auf eine Temperatur von beispielsweise 2000ºC oder höher hergestellt werden, um so die dampfgezüchteten Kohlenstofffasern einer Graphitisierung auszusetzen, gefolgt von einer Frakturierung der sich ergebenden dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern mittels starker Stöße bzw. bei starken Stößen. Die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern können als Vor-VGCF bezeichnet werden, dies zur Unterscheidung von VGCF gemäß der vorliegenden Erfindung aufgrund des Frakturierungsschrittes.
Die dampfgezüchteten Kohlenstofffasern können entsprechend dem im folgenden beschriebenen Dampfphasenverfahren hergestellt werden. Das Dampfphasenverfahren, welches zur Bildung der dampfgezüchteten Kohlenstofffasern, welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden sollen, angewendet werden soll, kann ein sogenanntes Substratverfahren umfassen, d. h. ein Verfahren zum Züchten der Kohlenstofffasern auf einem Substrat, und ein sogenanntes fluidi siertes Züchtungsverfahren, d. h. ein Verfahren für die Züchtung der Kohlenstofffasern in einem Fluß bzw. Strom. Das Substratverfahren umfaßt ein Strömen eines Kohlenwasserstoffgases als Kohlenstoffquellengas über eine Basis mit einem katalytischen Metall, wie etwa einem Übergangsmetall oder einer Übergangsmetallverbindung, welches darauf in einem Hochtemperaturofen abgelagert ist, um so Kohlenstofffasern auf der Oberfläche des Substrates abzulagern. Das fluidisierte Züchtungs- bzw. Wachstumsverfahren umfaßt ein Strömen einer Mischung aus einer metallischen Verbindung, welche als katalytisches Metall dient, und einer Kohlenstoffverbindung, welche als Kohlenstoffquelle dient, in einer Dampfphase durch ein Reaktorrohr, welches auf eine hohe Temperatur erwärmt ist, dies ohne die Verwendung irgendeiner Basis, um so Kohlenstofffasern in dem strömenden Gas in dem Reaktorofen zu bilden.
Insbesondere können die als Rohstoff für das erfindungsgemäße Verfahren zu verwendenden dampfgezüchteten Kohlenstofffasern gemäß Verfahren hergestellt werden, welche beispielsweise in den folgenden japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen (Kokai) offenbart sind:
52-107,320, 57-117,662, 58-156,512, 58-180,615, 60-185,818, 60-224,815, 60-231,821, 61-132,600, 61-132,630, 61-132,663, 61-225,319, 61-225,322,61-225,325, 61-225,327, 61-225,328, 61-227,425 and 61-282,427.
Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwendenden dampfgezüchteten Kohlenstofffasern können dann einer Graphitisierung unterzogen werden, welche ihre Erwärmung auf etwa 2000ºC oder höher umfaßt, um so Vor-VGCF zu erhalten.
Die Graphitisierung kann normalerweise in einer Atmosphäre durchgeführt werden, in welcher ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, Helium oder Argon anwesend ist. Die für die Graphitisierung notwendige Zeit beträgt typischerweise 5 Minuten oder länger.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die derart hergestellten Vor-VGCF dann einer Frakturierung mittels starker Stöße unterzogen, um so VGCF zu bilden.
Es sei angemerkt, daß im allgemeinen, wenn die geformten Elemente und Verbundelemente aus VGCF hergestellt werden, es notwendig ist, daß die Vor-VGCF, welche ihre ursprüngliche Länge entsprechend der Züchtung nach der Graphitisierung aufweisen, frakturiert werden, da es schwierig ist, Vor-VGCF mit anderen Komponenten homogen zu vermischen. In diesem Fall werden, um eine Durchführung der Graphitisierung in einer effizienten Weise zu ermöglichen, die Vor- VGCF gemäß dem Stand der Technik normalerweise vor der Graphitisierung frakturiert, um die Sperrigkeit der Kohlenstofffasern zu reduzieren.
Es wurde jedoch durch die Erfinder festgestellt, daß ein großer Unterschied besteht zwischen VGCF, welche wie beim herkömmlichen Verfahren hergestellt sind durch Durchführung der Frakturierungsbehandlung vor der Graphitisierung und denjenigen, welche durch Durchführung der Frakturierungsbehandlung nach der Graphitisierung, wie dies bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist, hergestellt wurden. Die Ursache für diesen Unterschied ist noch nicht vollständig geklärt.
Es wurde ferner festgestellt, daß, wenn Vor-VGCF mittels starker Stöße vor der Graphitisierung frakturiert werden, die sich ergebenden VGCF eine hohe Spindichte bei g = 2,015 in der Elektronenspinresonanz (ESR) aufweisen. Es kann hierbei festgestellt werden, daß der g-Wert von 2,015 dem Sauerstoffradikal entspricht.
Andererseits ist festzustellen, daß, wenn die Vor-VGCF vor der Graphitisierung nicht in einem wesentlichen Ausmaß frakturiert werden, sondern mittels hoher Stöße nach der Graphitisierung frakturiert werden, wie dies bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist, die Spindichte reduziert werden kann, wodurch die physikalischen bzw. physischen Eigenschaften der sich ergebenden geformten Elemente und Verbundelemente verbessert werden.
Entsprechend den oben beschriebenen Ergebnissen umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der VGCF die Frakturierung der Vor-VGCF durch Beaufschlagung mit starken Stößen.
Die Verfahren zum Mahlen und Zerbrechen, wie etwa mittels einer Kugelmühle oder einer Rollenmühle, sind im allgemeinen derart eingerichtet, daß sie fein geteilte Teilchen von Materialien noch kleiner machen. Bei Verwendung der Kugelmühle, Rollenmühle oder ähnlichen Verfahren können jedoch die Vor-VGCF in einem solchen Ausmaß gemahlen bzw. zerdrückt oder zerbrochen werden, daß ein Anteil der VGCF seine Faserform nicht mehr aufrecht erhalten kann, und es ist schwierig, die Kugelmühle, die Rollenmühle oder andere Vorgehensweisen so zu steuern, daß die Faserlänge einen gewünschten Wert erhält. Ferner erfordern diese Mahlverfahren längere Behandlungszeiten.
Andererseits wird bevorzugt, daß das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, indem die Vor-VGCF ausschließlich durch Anwendung von starken Stößen frakturiert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann innerhalb einer Behandlungszeit, welche so kurz sein kann, daß sie nur einige Minuten beträgt, in günstiger Weise die mittlere Faserlänge usw. der VGCF einstellen bzw. anpassen, wie dies durch die vorliegende Erfindung definiert ist.
Insbesondere umfaßt ein Beispiel der Behandlung zur Frakturierung der Vor-VGCF die Aufbringung hoher Stöße auf die Vor-VGCF durch die Starkstoß-Behandlungsvorrichtung, wie sie in der Figur dargestellt ist. Die Vorrichtung umfaßt einen zylindrischen Behälter 3, welcher eine Anzahl von Stoßklingen aufweist, welche radial angeordnet sind, so daß sie drehbar sind, sowie einen Selbstzirkulationsweg 1, dessen eines Ende auf einer peripheren Seite des zylindrischen Behälters 3 und dessen anderes Ende in einem mittleren Abschnitt einer flachen Platte des Behälters 3 angebracht ist, um einen Durchgang für einen Luftstrom zu bilden. Die Starkstoß-Behandlungsvorrichtung erlaubt eine Anordnung von Vor-VGCF darin und eine Aufbringung von starken Stößen auf die Vor-VGCF durch Drehung der Stoßklingen 2 mit hoher Geschwindigkeit.
Die Faserlänge der VGCF kann hauptsächlich durch Veränderung der Leistung bzw. der Stärke der starken Stöße während der Behandlung durch Beaufschlagung der Vor-VGCF mit starken Stößen eingestellt werden. Die starken Stöße können durch Drehung der Stoßklingen der Starkstoß- Behandlungsvorrichtung aufgebracht werden, wobei es ebenfalls möglich ist, die Vor-VGCF auf die Klingen oder die innere periphere Wand (Umfangswand) des zylindrischen Behälters in einer Einbahnrichtung oder in sich hin und her bewegenden Richtungen auftreffen zu lassen. Die Drehung der Stoßklingen wird bevorzugt, da sich diese Vorgehensweise beim Betrieb als einfacher verglichen mit den anderen Vorgehensweisen erweist. Die Aufbringung der starken Stöße auf die Vor-VGCF ermöglicht einen Schnitt bzw. eine Frakturierung der Faser zu zwei Gelegenheiten: Bei der ersten Gelegenheit, wenn bewirkt wird, daß die Fasern auf die Stoßklingen auftreffen, und an der zweiten Gelegenheit, wenn sie auf die innere Umfangswand des Behälters auftreffen.
Die Bedingungen zur Beaufschlagung der Vor-VGCF mit starken Stößen können je nach verwendeter Art der Starkstoß- Behandlungsvorrichtung stark variieren. Mit anderen Worten können die verschiedenen Bedingungen in günstiger Weise ausgewählt werden, um so die Vor-VGCF zu mahlen oder zu frakturieren, so daß die VGCF eine Spindichte von 8 · 1018 spin/g oder weniger aufweisen, dies gemessen mit der Elektronenspinresonanzabsorptionsmethode.
Obwohl die Dreh- bzw. Rotationsgeschwindigkeit der Stoßklingen, welche die starken Stöße auf die Vor-VGCF aufbringen, oder die Geschwindigkeit, bei welcher die Vor-VGCF auf der inneren Umfangswand des Behälters der Starkstoß- Behandlungsvorrichtung auftreffen, in geeigneter Weise entsprechend den gewünschten Faserbemaßungen oder dem gewünschten Längenverhältnis gewählt werden kann, kann die Rotationsgeschwindigkeit der Stoßklingen vorzugsweise auf 40 Meter pro Sekunde, und weiter vorzugsweise auf 60 Meter pro Sekunde eingestellt werden. Die höhere Geschwindigkeit kann zu einem besseren Effekt bezüglich der Frakturierung der VGCF führen. Der Betrieb der Vorrichtung bei Geschwin digkeiten über 100 Meter pro Sekunde kann jedoch insofern an Nachteilen leiden, als die Vorrichtung aufgrund der Notwendigkeit einer Schutzvorrichtung aus Sicherheitsgründen größer baut, oder der Aufwand zum Betreiben der Vorrichtung komplexer wird, oder der Betrieb wirtschaftliche Nachteile verursachen kann. Die für die Frakturierung der Vor-VGCF benötigte Zeit kann zweckmäßigerweise bis zu fünf Minuten betragen, wobei eine längere Behandlungszeit wirtschaftlich nachteilig ist bzw. sein kann. Es sei angemerkt, daß die Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Stoßklingen als die Geschwindigkeit bestimmt bzw. festgelegt ist, mit welcher die äußersten Enden der Stoßklingen rotieren, da die Rotationsgeschwindigkeit der äußersten Enden der Stoßklingen am schnellsten ist und die größte Wirkung bezüglich der Frakturierung der Vor-VGCF zur Verfügung stellen kann.
Die Behandlung durch Frakturierung der Vor-VGCF in der oben beschriebenen Art kann zu VGCF mit einer Spindichte von 8 · 10¹&sup8; spin/g oder weniger führen, dies gemessen mit der Elektronenspinresonanzabsorptionsmethode.
Eine Verringerung der Spindichte bedeutet eine Verringerung der Menge an Sauerstoffradikalen auf der Oberfläche der VGCF.
Unklar bleibt der Grund, aus dem die Anzahl der Sauerstoffradikale durch die Frakturierung der Vor-VGCF mit starken Stößen vermindert wird, und die Anzahl der Sauerstoffradikalen im Falle der Graphitisierung der dampfgezüchteten Kohlenstofffasern und der Frakturierung nicht derart vermindert wird. Die Erfinder nehmen an, daß die Graphitisierung eine Anordnung der Graphitstruktur zur Erzeugung von Kohlenstoffradikalen verursacht, und diese Ra dikale mit Luft zur Bildung von Sauerstoffradikalen nach der Fraktionierung reagieren. Alternativ hierzu wird angenommen, daß erzeugte Sauerstoffradikale durch die Frakturierung zu funktionalen Gruppen verändert werden. Wenn die Graphitisierung nach der Frakturierung ausgeführt wird, wird eine Pyrolyse die erzeugten funktionalen Gruppen zerlegen.
Es wird angenommen, daß die erzeugten Sauerstoffradikale hauptsächlich auf der Oberfläche des Frakturierungsabschnitts oder Schnittabschnitts, durch welchen Lithiumionen in Lithiumsammelbatterien in die VGCF eintreten können, existieren und von dort die Sauerstoffradikale mit den anderen Verbindungen, beispielsweise Lösungsmitteln, zur Bildung fester Elektrolyt-Schnittstellen (SEI) reagieren, wodurch verhindert wird, daß Lithiumionen in die VGCF eintreten. Alternativ hierzu wird angenommen, daß, da die funktionalen Gruppen, welche aus den Sauerstoffradikalen gebildet sind, zur Steigerung der Affinität der VGCF zu Matrix oder einer anderen VGCF beitragen, VGCF, welche derartige funktionale Gruppen aufweisen, miteinander agglomerieren können und geformte Elemente aus VGCF und Verbundelemente aus VGCF mit hoher Packungsdichte, guten Formbeibehaltungseigenschaften, hoher Stoßstärke bzw. Auftreffstärke und hoher thermischer sowie elekttischer Leitfähigkeit geformt werden können.
Andererseits können, wenn die Kohlenstofffasern nach der Graphitisierung der dampfgezüchteten Kohlenstofffasern entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung frakturiert werden, die mittels der vorliegenden Erfindung zu erzielenden Effekte erzeugt werden, da eine große Anzahl von funktionalen Gruppen auf den Frakturierungsoberflächen der Kohlenstofffasern vorliegen, welche in effektiver Weise mit der Matrix oder dem Binder bzw. Bindemittel zusammenwirken können, so daß die VGCF ein ausreichendes Maß an Benetzbarkeit bezüglich der Matrix oder dem Binder aufweisen.

c) Geformte Elemente und Verbundelemente

Die geformten Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen ausschließlich oder im wesentlichen ausschließlich aus den oben beschriebenen VGCF. Die geformten Elemente können einen Binder aufweisen, welcher in der Lage ist, die VGCF aneinander zu binden, dies in einer derartigen Menge, welche keine nachteiligen Wirkungen auf die Gegenstände der vorliegenden Erfindung hat. Die verwendete Bindermenge kann normalerweise weniger als 20 Gewichtsprozent betragen. Die geformten Elemente können durch Formen oder Gießen bzw. Pressen oder Spritzformen geformt werden, beispielsweise durch hydrostatische druck-isotrope Druckformungsverfahren, Heißpreßverfahren oder Gießfolienverfahren mit Lösungsmitteln.
Da die geformten Elemente ausschließlich oder im wesentlichen ausschließlich aus VGCF bestehen, kommen sämtliche Fasern der VGCF in den geformten Elementen in Kontakt miteinander, was zu einer hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit führt. Ferner können die geformten Elemente, welche ausschließlich oder im wesentlichen ausschließlich aus VGCF gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen, den Vorteil aufweisen, das sie als Träger für einen Katalysator verbesserte Eigenschaften aufweisen.
Die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern gemäß der vorliegenden Erfindung können als negative Elektrode einer Lithiumionensammelbatterie verwendet werden. Als erfindungsgemäße Verbundelemente seien beispielhaft angegeben Verbundmaterialien und Verbundformelemente, welche jeweils aus der erfindungsgemäßen VGCF und der Matrix bestehen.
Die Verbundmaterialien können beispielsweise solche umfassen, welche die erfindungsgemäßen VGCF innerhalb einer Matrix wie etwa einem aushärtbaren Kunststoff oder einem thermoplastischen Kunststoff dispergiert bzw. verteilt aufweisen. Die Verbundformelemente können beispielsweise derartige Elemente sein, welche aus den erfindungsgemäßen VGCF und der Matrix bestehen. Als für die Verbundmaterialien zu verwendende Matrix sei beispielsweise ein Kunststoff wie etwa ein aushärtbarer Kunststoff oder ein thermoplastischer Kunststoff, ein Metall, ein Gummimaterial, eine Klebeverbindung oder eine Farb- bzw. Anstrichverbindung erwähnt. Als Matrix, welche für die Verbundformelemente verwendet wird, kann beispielsweise ein Kunststoff bzw. Kunstharz, ein Metall oder ein gummiartiges Material verwendet werden. Die zu verwendende Menge an erfindungsgemäßen VGCF bei Verbundmaterialien oder Verbundformmaterialien beträgt üblicherweise 50 Gewichtsprozent oder mehr bezüglich des Gesamtgewichtes der Verbundelemente. Da die Verbundmaterialien den geformten Zustand der geformten Produkte mit guten Eigenschaften versehen können und bei einem großen VGCF- Anteil dicht gepackt werden können, können die Produkte wie etwa Farben oder Kleber mit großer physischer Stärke, hoher elektrischer Leitfähigkeit und hoher thermischer Leitfähigkeit ausgestattet sein. Die Verbundformelemente können her vorragende Verarbeitungscharakteristika aufweisen, so daß ihre bearbeiteten Oberflächen in sehr schöner Weise fertigbearbeitbar sind, dies zusätzlich zu den anderen physischen bzw. physikalischen Eigenschaften, welche durch diese Verbundmaterialien zur Verfügung gestellt werden können. Somit können die erfindungsgemäßen Verbundelemente, wie etwa Verbundmaterialien und Verbundformelemente, als elektrisch und thermisch hochleitfähige Materialien und als Träger für einen Katalysator verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Beispielen weiter beschrieben. Es sei zu verstehen gegeben, daß die vorliegende Erfindung nicht als durch die beschriebenen Beispiele beschränkt anzusehen ist.

Beispiel 1:

Dampfgezüchtete Kohlenstofffasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von 0,8 um, einer mittleren Faserlänge von 132 um und einem mittleren Längenverhältnis von 165 wurden in eine Atmosphäre eingeführt, in welcher Argongas eingefüllt ist, und die Kohlenstofffasern wurden für 30 Minuten einer Graphitisierung bei 2800ºC unterzogen. Anschließend wurden die resultierenden Vor-VGCF durch Aufbringung von starken Stößen bei 8000 rpm (bzw. Umdrehungen pro Minute) (Umfangsgeschwindigkeit 100 Meter pro Sekunde) für zwei Minuten mit einer Starkstoß-Behandlungsvorrichtung oder einem Hybridisierer (Modell: NHS-1; K. K. Nara Kikai Seisakusho) frakturiert, während das Gas mit hoher Geschwindigkeit strömte. Nach Beendigung der Frakturierungsbehandlung wurden 100 Fasern in zufälliger Weise ausgewählt und mit einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet. Als Ergebnis der Beobachtung mit dem Rasterelektronenmikroskop wurde festgestellt, daß sie einen mittleren Faserdurchmesser von 0,8 um, eine mittlere Faserlänge von 8,4 um und ein mittleres Längenverhältnis von 10,5 aufwiesen. Die Fasern wurden dann bezüglich ihrer Spindichte in einem Magnetfeldabtastbereich von 325,4±25 mT mit einer Elektronenspinresonanzmeßvorrichtung (Modell: JES-FE 3XG; Nippon Denshi K. K.) vermessen. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß die Fasern ein Absorptionsmaximum bei einer Spindichte von 6,2 · 10¹&sup8; spin/g bei g = 2,015 aufwiesen. Bei Fortsetzung der Behandlung durch die Frakturierung über 40 Minuten wurde das Absorptionsmaximum auf eine Spindichte von 1,6 · 10¹&sup8; spin/g reduziert.
Nachdem die Vor-VGCF für zwei Minuten der Frakturierungsbehandlung ausgesetzt waren, wurden sie mit einer Mischung aus Phenolharz und Methanol vermischt, so daß sie 60 Gewichtsprozent, 70 Gewichtsprozent bzw. 80 Gewichtsprozent ausmachten, dies übersetzt in Gewichtsprozent nach der Verdampfung von Methanol. Anschließend wurden in der sich ergebenden Mischung vorhandene Blasen entfernt und die Mischung wurde als Beschichtung auf eine Glasplatte aufgebracht, gefolgt von einer Trocknung bei 80ºC für 10 Minuten und dann bei 150ºC für 10 Minuten zur Verdampfung des Methanols und zum Aushärten. Dann wurde die Erscheinung der Beschichtung beobachtet und ihr Oberflächenwiderstand gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben: Tabelle 1
Anmerkungen: " " - Zustand der Beschichtung dauerhaft bzw. andauernd, hohe Stärke und glatte Oberfläche
"O" - Zustand der Beschichtung andauernd und fertig zur Verwendung

Vergleichsbeispiel 1

Dampfgezüchtete Kohlenstofffasern mit einem mittleren Durchmesser von 0,8 um, einer mittleren Faserlänge von 132 um und einem mittleren Längenverhältnis von 165 wurden durch Aufbringung bzw. Anwendungen von starken Stößen bei 8000 rpm über zwei Minuten mit einer Starkstoß-Behandlungsvorrichtung oder einem Hybridisierer (Modell: NHS-1; K. K. Nara Kikai Seisakusho) frakturiert, und die frakturierten Kohlenstofffasern wurden dann in eine Atmosphäre eingebracht, in welcher Argongas eingefüllt ist und für 30 Minuten einer Graphitisierung bei 2800ºC ausgesetzt. Die sich ergebenden Kohlenstofffasern wiesen ein mittleres Längenverhältnis von 12 auf. Die sich ergebenden dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern wurden dann bezüglich ihrer Spindichte in gleicher Weise wie im Beispiel 1 gemessen. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß die Faser ein Absorptionsmaximum bei einer Spindichte von 9,3 · 10¹&sup8; spin/g bei g = 2,015 aufwiesen. Wenn die Frakturierungsbehandlung über 40 Minuten fortgesetzt wurde, konnte nicht festgestellt werden, daß die Spindichte sich in großem Ausmaß vermindert hatte. Anschließend wurden die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern in im wesentlichen der gleichen Weise behandelt wie in Beispiel 1. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2
Anmerkungen: "O" - Form der Beschichtung andauernd und fertig zur Verwendung
"Δ" - Form der Beschichtung andauernd, wobei die Oberfläche der Beschichtung bei einigen Anwendungen brechen kann
"X" - keine Form der Beschichtung andauernd, die Beschichtung kann bei Berührung brechen

Beispiel 2

Dampfgezüchtete Kohlenstofffasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von 1,3 um, einer mittleren Faserlänge von 110 um und einem mittleren Längenverhältnis von 84,6 wurden in eine Atmosphäre eingebracht, in welcher Argongas eingeführt ist bzw. war und die dampfgezüchteten Kohlenstofffasern wurden für 20 Minuten einer Graphitisierung bei 2500ºC ausgesetzt. Anschließend wurden die sich ergebenden Vor-VGCF durch Aufbringung von starken Stößen bei 7200 rpm (Umfangsgeschwindigkeit: 90 Meter pro Sekunde) mittels einer Starkstoß- Behandlungsvorrichtung für zwei Minuten frakturiert, während das Gas mit hoher Geschwindigkeit strömte. Nach Beendigung der Frakturierungsbehandlung wurden 100 Fasern in zufälliger Weise ausgewählt und mit einem Rasterelektronenmikroskop untersucht bzw. beobach tet. Als Ergebnis der Beobachtung mit dem Rasterelektronenmikroskop wurde festgestellt, daß sie einen mittleren Faserdurchmesser von 1,3 um, eine mittlere Faserlänge von 20 um, ein mittleres Längenverhältnis von 15,4 und eine Spindichte von 5,9 · 10¹&sup8; spin/g bei g = 2,015 aufwiesen. Anschließend wurden die VGCF mit einem feinem Polyethylenpulver gemischt, so daß sie 0,5 Gewichtsprozent und 10 Gewichtsprozent ausmachten. Die sich ergebene Mischung wurde in ein Gummirohr mit einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Länge von 60 mm gepackt, und das Gummirohr wurde mit einer Druckbeaufschlagungsmaschine (Modell: BIP; Nikkiso K. K.) einem Druck von 7000 kg/cm² zur Bildung eines geformten Elements bzw. Formelements ausgesetzt. Das Formelement wurde bezüglich seiner scheinbaren Dichte gemessen und untersucht. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3
Anmerkungen: " " - Zustand der Beschichtung andauernd, große Stärke und glatte Oberfläche
"O" - Zustand der Beschichtung andauernd und fertig zur Verwendung.

Vergleichsbeispiel 2:

Die Verfahrensweisen gemäß Beispiel 2 wurden in gleicher Weise durchgeführt, mit Ausnahme der Vorgehensweise, daß die Vor-VGCF bei Strömung eines Gases mit hoher Geschwindigkeit mittels starker Stöße frakturiert wurden und dann graphitisiert wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. Die sich ergebenden VGCF wiesen ein mittleres Längenverhältnis von 17 und eine Spindichte von 9,1 · 101 s spin/g auf. Tabelle 4
Anmerkungen: "O" - Zustand der Beschichtung andauernd und fertig zur Verwendung
"Δ" Zustand der Beschichtung andauernd, wobei die Oberfläche der Beschichtung bei bestimmten Anwendungen brechen kann

Vergleichsbeispiel 3:

Die Vorgehensweisen des Beispiels 2 wurden in gleicher Weise durchgeführt, bis auf die Tatsache, daß die dampfgezüchteten Kohlenstofffasern bei 2000 rpm (Umfangsgeschwindigkeit: 25 Meter pro Sekunde) bei gleichzeitigem Strömen von Gas mit einer hohen Geschwindigkeit frakturiert wurden und anschließend graphitisiert wurden. Die sich ergebenden VGCF wiesen ein mittleres Längenverhältnis von 53 und eine Spindichte von 9,3 · 10¹&sup8; spin/g auf. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt. Tabelle 5:
Anmerkungen: "Δ" - Zustand der Beschichtung andauernd, die Oberfläche der Beschichtung kann jedoch bei bestimmten Anwendungen brechen
"X" - keine Form gebildet und die Beschichtung kann bei Berührung brechen

Beispiel 3

In der Dampfphase mittels des Flußverfahrens gezüchtete Kohlenstofffasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von 2,3 um und einer mittleren Faserlänge von 200 um oder größer wurden bei 2800ºC in Argongas graphitisiert. Die sich ergebenden dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern wurden in den Hybridisierer gegeben und für 3 Minuten bei 8000 rpm frakturiert. Als Ergebnis wurden in der Dampfphase gezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von 2,2 um, einer mittleren Faserlänge von 14,6 um und einer Spindichte von 3,7 · 10¹&sup8; spin/g bei g = 2,015 hergestellt.
Andererseits wurde durch Einbringung von 0,05 g eines Polyvinylidenfluourids in einen Achatmörser und Beimischung von 0,5 ml 1-Methyl-2-pyrrolidon eine Lösung hergestellt.
Der sich ergebenden Lösung wurden 0,95 g der in der Dampfphase gezüchteten und graphitisierten, wie oben hergestellten Kohlenstofffasern beigefügt und die Mischung wurde gut gerührt, so daß sich eine Paste ergab.
Anschließend wurde eine Elektrode durch Aufbringen einer Schicht der Paste auf die Oberfläche bzw. Oberseite eines 10 mm · 40 mm Gitters, welches gut mit Aceton abgewaschen war, hergestellt, so daß eine Fläche von 10 mm · 10 mm des Nickelgitters abgedeckt war, worauf anschließend die Beschichtung für 23 Stunden in Vakuum bei 100ºC getrocknet wurde.
Eine Dreielektrodenzelle wurde mit der sich ergebenden Elektrode in einem Handschuhfach bzw. einem Strahlenschutzkasten angeordnet, der eine Atmosphäre aufwies, in der der Sauerstoff- und Wasseranteil in ausreichender Weise mit Argongas ersetzt war. Als Gegenelektrode und Referenzelektrode wurde jeweils 10 mm · 40 mm · 2 mm metallisches Lithium verwendet. Ferner wurde als Elektrolyt eine Lösung verwendet, die durch Lösung von LiClO&sub4; in einer 1 : 1-Mischung von Ethylenkarbonat und Diethylkarbonat hergestellt wurde, so daß sich eine LiClO&sub4;-Konzentration von 1 Mol pro Liter ergab.
Jede der Elektroden wurde mit einer Ladungs-Entladungs- Einheit verbunden und solange stehengelassen, bis die Spannung konstant wurde. Dann wurden die Ladungs- und Entladungszyklen zwischen 0 Volt und 2,5 Volt einer Potential differenz zwischen der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode wiederholt. Die Ergebnisse der drei Zyklen sind unten in Tabelle 6 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 4

Kohlenstofffasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von 2,3 um, einer mittleren Faserlänge von 200 um oder größer, welche in der Dampfphase mittels des Strömungs- bzw. Flußverfahrens hergestellt wurden, wurden mit dem Hybridisierer für drei Minuten bei 8000 rpm frakturiert, wodurch sich die Kohlenstofffasern ergaben, wonach die Graphitisierung durch Erwärmung der Kohlenstofffasern auf 2800ºC in Argongas erfolgte. Die sich ergebenden Kohlenstofffasern wiesen einem mittleren Faserdurchmesser von 2,2 um, eine mittlere Faserlänge von 18,3 um und eine Spindichte von 9,3 · 10¹&sup8; spin/g bei g = 2.015 auf. Die in der Dampfphase gezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern wurden dann zu einer Dreielektrodenzelle in der gleichen Weise wie in Beispiel 3 geformt. Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse bis zu drei Wiederholungen. Tabelle 6
Die erfindungsgemäßen VGCF sind geeignet für die Herstellung von Verbundelementen wie etwa Verbundmaterialien, die bei hoher Packungsdichte mit einem Material wie etwa einem Kunststoffmaterial, einem gummiartigen Material, einem metallischen Material, einem keramischen Material, einer Farbzusammensetzung oder einer Klebstoffzusammensetzung verbunden sind bzw. werden und von Verbundformelementen, welche ausschließlich oder im wesentlichen ausschließlich aus den VGCF bestehen, welche gemäß der vorliegenden Erfindung frakturiert sind, wobei diese Elemente eine geringe Menge an Bindungsmaterial aufweisen können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der VGCF umfaßt das Aussetzen bzw. Unterziehen der in der Dampfphase gezüchteten Kohlenstofffasern einer Graphitisierung und dann ihre Frakturierung durch Beaufschlagung mit starken Stößen, wodurch VGCF mit einer Frakturierungsebene mit einer geringeren Menge an Sauerstoffradikalen zur Verfügung gestellt werden.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung geformten Elemente bestehen ausschließlich oder im wesentlichen ausschließlich aus VGCF, so daß die VGCF in so einen ausreichenden Ausmaß miteinander in Kontakt bzw. Berührung stehen können, daß sie eine bemerkenswert hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit aufweisen. Sie können ebenfalls in geeigneter Weise als Träger für einen Katalysator verwendet werden. Die geformten Elemente sind hervorragend geeignet zur Verwendung als Elektroden für Lithiumionensammelbatterien, in welchen Lithium eine Interkalation mit Kohlenstoff bildet.
Die Verbundelemente gemäß der vorliegenden Erfindung können zu guten Zuständen der geformten Produkte führen und VGCF bei hoher Packungsdichte beinhalten. Wenn die erfindungsgemäßen Verbundelemente als Farbe oder Kleber verwendet wer den, können die sich ergebenden Filme bzw. Beschichtungen einen sehr starken Film und elektrisch und thermisch hoch leitfähige Filme ergeben. Wenn die Verbundelemente in die geformten Elemente geformt werden, weisen die sich ergebenden geformten Elemente überlegene Arbeitseigenschaften auf, d. h. ihre fertigbearbeiteten Flächen werden nach Bearbeitung sehr ansprechend sein, dies zusätzlich zu den oben beschriebenen Eigenschaften.
Daher können die geformten Elemente bzw. Formelemente und die Verbundelemente gemäß der vorliegenden Erfindung als Materialen mit einem hohen Maß an elektrischer und thermischer Leitfähigkeit sowie als Träger für einen Katalysator verwendet werden.

Claims

1. Kohlenstofffasern, welche bei 800 bis 1300ºC in einer Dampfphase gezüchtet, graphitisiert und dann gebrochen bzw. frakturiert sind, mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 5 um oder weniger, einer mittleren Faserlänge von 90 um oder weniger, einem mittleren Längenverhältnis bzw. Seitenverhältnis von 1 bis 18, erhältlich durch Aufbringung einer hohen Stoßenergie in einer Frakturierungsvorrichtung über eine Zeit, welche zur Verringerung der Spindichte, gemessen bei g = 2,015, auf einen Wert von 8 · 10¹&sup8; spin/g oder weniger bei Messung mittels der Elektronenspin-Resonanzabsorptionsmethode ausreicht, wobei die Kohlenstofffasern eine Morphologie aufweisen, welche das Erscheinungsbild der Jahresringe eines Baumes besitzt.

2. Dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern nach Anspruch 1, wobei die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern einen mittleren Faserdurchmesser im Bereich von 0,1 um bis 3 um aufweisen.

3. Dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern nach Anspruch 1, wobei die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern einen mittleren Faserdurchmesser im Bereich von 0,3 um bis 2 um aufweisen.

4. Dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern nach Anspruch 1, wobei die dampfgezüchteten und graphi tisierten Kohlenstofffasern ein Längenverhältnis von 2 bis 16 aufweisen.

5. Dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern nach Anspruch 1, wobei die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern ein Längenverhältnis von 5 bis 15 aufweisen.

6. Dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern nach Anspruch 1, wobei die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern einen Zwischenebenenabstand (d&sub0;&sub0;&sub2;) eines Kohlenstoffgitters von 3, 4511 oder weniger aufweisen.

7. Dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern nach Anspruch 1, wobei die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern einen Zwischenebenenabstand (d&sub0;&sub0;&sub2;) eines Kohlenstoffgitters von 3,35 Å bis 3,42 Å aufweisen.

8. Dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern nach Anspruch 1, wobei die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern einen Zwischenebenenabstand (d&sub0;&sub0;&sub2;) eines Kohlenstoffgitters von 3,35 Å bis 3,37 Å aufweisen.

9. Dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern nach Anspruch 1, wobei die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern eine Dicke (Lc) eines laminierten Gitters bzw. laminierter Gitter in einem Kristall von 30 Å oder mehr aufweisen.

10. Dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern nach Anspruch 1, wobei die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern eine Dicke (Lc) eines laminierten Gitters bzw. laminierter Gitter in einem Kristall von 300 Å oder mehr aufweisen.

11. Dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern nach Anspruch 1, wobei die dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern eine Dicke (Lc) eines laminierten Gitters bzw. laminierter Gitter in einem Kristall von 1000 Å oder mehr aufweisen.

12. Verfahren zur Herstellung von dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstoff fasern nach Anspruch 1, mit folgenden Schritten: Aussetzung im wesentlichen nicht frakturierter, in einer Dampfphase gezüchteter Kohlenstofffasern einer Graphitisierung bei einer Temperatur von 2000ºC oder mehr, und dann Aussetzung der sich ergebenden dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern einer Frakturbehandlung durch Aufbringung eines starken Stoßes, so daß sich eine Spinndichte von 8 · 10¹&sup8; spin/g oder weniger ergibt, dies gemessen mit der Elektronenspin-Resonanzabsorptionsmethode.

13. Verfahren zur Herstellung dampfgezüchteter und graphitisierter Kohlenstofffasern nach Anspruch 12, wobei die Frakturbehandlung innerhalb einer Vorrichtung zur Behandlung mit starken Stößen bzw. zur High-Impact- Behandlung durchgeführt wird, welche einen zylindrischen Behälter mit einer Anzahl von Auftreff- bzw. Stoßklingen, die derart radial angeordnet sind, daß sie drehbar sind, und einen Selbstzirkulationsweg, der als Fließdurchgang dient und derart angeordnet ist, daß er eine peripher äußere Seitenwand des zylindrischen Behälters mit einem mittleren Abschnitt einer Stirnfläche des zylindrischen Behälters verbindet, aufweist.

14. Verfahren zur Herstellung von dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstoff fasern nach Anspruch 13, wobei die Stoßklingen mit einer Geschwindigkeit von 40 Metern pro Sekunde oder mehr gedreht werden.

15. Geformtes Element, im wesentlichen bestehend aus Dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern nach Anspruch 1.

16. Geformtes Element nach Anspruch 15, wobei das geformte Element einen mittleren Faserdurchmesser von 1,5 um bis 3,0 um aufweist.

17. Verbundelement mit dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern nach Anspruch 1 und einer Matrix.

18. Verbundelement nach Anspruch 17, wobei die Dampfgezüchteten und graphitisierten Kohlenstofffasern in einem Verhältnis von 50 Gewichtsprozent oder mehr vorliegen.

19. Sekundärbatterie mit einer negativen Elektrode mit einem anodenaktiven Material, dadurch gekennzeichnet, daß das anodenaktive Material dampfgezüchtete und graphitisierte Kohlenstofffasern nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.