JP2008192695A - Electrode body, manufacturing method thereof and electric double-layer capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エネルギーデバイスに用いられる電極、その製造方法及び電気二重層キャパシタに関する。 The present invention relates to an electrode used for an energy device, a manufacturing method thereof, and an electric double layer capacitor.
エネルギーデバイスは、エネルギー蓄積デバイスとエネルギー発電デバイスに大きく分けることができる。エネルギー蓄積デバイスとして代表的なものに、電気化学キャパシタ、及び電池があり、それぞれの特徴を生かした市場において既に使用されている。電気化学キャパシタとしては、活性炭を分極性電極として用い、活性炭細孔表面と電解液との界面に形成される電気二重層のみを利用した電気二重層キャパシタや、硝酸ルテニウムなど連続的に価数が変化する遷移金属酸化物やドーピング可能な導電性高分子を用いたレドックスキャパシタなどが挙げられる。電池は、活物質のインターカレーションや化学反応を利用し充放電が可能な二次電池と、基本的に1度放電してしまえば再充電不可能な一次電池に大別される。 Energy devices can be broadly divided into energy storage devices and energy power generation devices. Typical examples of the energy storage device include an electrochemical capacitor and a battery, which have already been used in the market utilizing their respective characteristics. As an electrochemical capacitor, activated carbon is used as a polarizable electrode, and an electric double layer capacitor using only an electric double layer formed at the interface between the surface of the activated carbon pores and the electrolyte, or a continuous valence such as ruthenium nitrate. Examples thereof include a transition metal oxide that changes and a redox capacitor using a conductive polymer that can be doped. Batteries are broadly classified into secondary batteries that can be charged / discharged using intercalation or chemical reaction of active materials, and primary batteries that are basically non-rechargeable once discharged.
このような種々のエネルギー蓄積デバイス全てに共通する最も基本的な構造は、その原理上エネルギーを放出可能な電極活物質であるが、電極活物質に蓄積されたエネルギーを外部に取り出すため、電子伝導性を持ち電極活物質と電気的に接続された集電体(導電体)がさらに必要となる。集電体は、電極活物質のエネルギーを高効率で伝播する必要があるため、一般的にアルミニウム、銅、ステンレスなど抵抗の低い金属材料が用いられるが、硫酸水溶液など金属腐食性を持つ電解液を使用する場合には、導電性を付与したゴム系材料などが用いられる場合がある。 The most basic structure common to all of these various energy storage devices is an electrode active material that can release energy in principle, but in order to extract the energy stored in the electrode active material to the outside, electron conduction And a current collector (conductor) electrically connected to the electrode active material. The current collector needs to propagate the energy of the electrode active material with high efficiency. Therefore, metal materials with low resistance such as aluminum, copper, and stainless steel are generally used. In some cases, a rubber-based material imparted with conductivity may be used.
近年、エネルギー蓄積デバイスの用途が大きく広がるに従い、より低抵抗で、大電流の放電が可能な優れた特性を持つものが要求されてきている。従来、電気二重層キャパシタにおいては、大比表面積を有する活性炭を電極活物質として用いるものが主であった。しかし、活性炭は一般的に電気伝導度が小さく、活性炭のみでは分極性電極の内部抵抗が大きくなって、大電流を取り出せないという問題があった。このため、分極性電極の内部抵抗を下げる目的で、分極性電極中にカーボンナノチューブを含有させて電気伝導度を上げることにより大容量化を図る試みが行われた(例えば特許文献1を参照)。また、電極の比表面積をさらに上げて容量を向上させる取り組みとして、導電体表面に複数のカーボンナノチューブをブラシ状に形成してなる電極体が開示されている(例えば特許文献2参照)。
しかしながら、導電体の表面に複数のカーボンナノチューブがブラシ状に形成されてなる電極体においては、エネルギー蓄積デバイスの製造工程等においてカーボンナノチューブの導電体からの遊離(抜け落ち)が発生するという問題がある。エネルギー蓄積デバイスにおいて、電極上のカーボンナノチューブが導電体から遊離すると、電極間のショートの要因となり得る。 However, in an electrode body in which a plurality of carbon nanotubes are formed in a brush shape on the surface of a conductor, there is a problem in that the carbon nanotubes are released from the conductor in the manufacturing process of the energy storage device. . In the energy storage device, if the carbon nanotubes on the electrodes are released from the conductor, it may cause a short circuit between the electrodes.
本発明は、上記問題を解決するもので、導電体の表面に複数のカーボンナノチューブが立設された構成の電極体において、カーボンナノチューブの導電体からの遊離が低減された電極体を提供することを目的とする。さらには、前記電極体を搭載した電気二重層キャパシタを提供することを目的とする。 The present invention solves the above problem, and provides an electrode body having a structure in which a plurality of carbon nanotubes are erected on the surface of a conductor, in which the release of carbon nanotubes from the conductor is reduced. With the goal. Furthermore, it aims at providing the electrical double layer capacitor carrying the said electrode body.
本発明者らは、カーボンナノチューブが導電体から遊離するのは、カーボンナノチューブと導電体との接触部分が直径にしてナノメートルオーダーと小さいために導電体に対するカーボンナノチューブの接続力が小さく、したがって接続部分にかかる小さな負荷によってもカーボンナノチューブが剥離してしまうことによるものであると考え鋭意研究した結果、導電体表面に立設されたカーボンナノチューブ同士間に架設されるカーボンナノチューブを備えることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明に至った。 The inventors of the present invention believe that the carbon nanotubes are released from the conductor because the contact portion between the carbon nanotubes and the conductor is as small as nanometers in diameter, so the connection force of the carbon nanotubes to the conductor is small, and therefore the connection As a result of earnest research that the carbon nanotubes are peeled off even by a small load applied to the part, the carbon nanotubes provided between the carbon nanotubes standing on the conductor surface are provided, The present inventors have found that the problem can be solved and have reached the present invention.
すなわち、第一の本発明は、導電体と、該導電体の表面に設けられたカーボンナノチューブ層とからなる電極体であって、前記カーボンナノチューブ層は、前記導電体の表面に立設された複数本の第1カーボンナノチューブと、少なくとも2本の第2カーボンナノチューブ間に架設された第2カーボンナノチューブとを含む。 That is, the first present invention is an electrode body comprising a conductor and a carbon nanotube layer provided on the surface of the conductor, wherein the carbon nanotube layer is erected on the surface of the conductor. A plurality of first carbon nanotubes and at least two second carbon nanotubes are provided between the second carbon nanotubes.
前記電極体の一態様において、第1カーボンナノチューブは、その一端が前記導電体の表面に接続されている。第1カーボンナノチューブは、例えば、第1触媒金属を介して前記導電体の表面に合成することができる。第1触媒金属は、好適には、鉄、ニッケル、コバルト、白金、金、イットリウム、ロジウム、パラジウム、及びこれらの組み合わせを含む合金からなる群より選択される。 In one aspect of the electrode body, one end of the first carbon nanotube is connected to the surface of the conductor. For example, the first carbon nanotube can be synthesized on the surface of the conductor via the first catalytic metal. The first catalytic metal is preferably selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, platinum, gold, yttrium, rhodium, palladium, and alloys containing combinations thereof.
前記電極体の一態様において、第2カーボンナノチューブは、その一端が第1カーボンナノチューブの側面に接続され、他端が他の第1カーボンナノチューブの側面に接続されている。第2カーボンナノチューブは、例えば、第2触媒金属を介して第1カーボンナノチューブの側面上に合成することができる。第2触媒金属は、好適には、鉄、ニッケル、コバルト、白金、金、イットリウム、ロジウム、パラジウム、及びこれらの組み合わせを含む合金からなる群より選択される。 In one embodiment of the electrode body, one end of the second carbon nanotube is connected to the side surface of the first carbon nanotube, and the other end is connected to the side surface of the other first carbon nanotube. The second carbon nanotube can be synthesized, for example, on the side surface of the first carbon nanotube via the second catalytic metal. The second catalytic metal is preferably selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, platinum, gold, yttrium, rhodium, palladium, and alloys containing combinations thereof.
第二の本発明は、第一の本発明に係る電極体を製造する方法であって、前記導電体の表面に第1触媒金属からなる第1触媒金属粒子を設ける工程、第1触媒金属粒子を介して第1カーボンナノチューブを合成する工程、第1カーボンナノチューブの側面に第2触媒金属からなる第2触媒金属粒子を設ける工程、及び第2触媒金属粒子を介して第2カーボンナノチューブを合成する工程、を有する。 2nd this invention is a method of manufacturing the electrode body which concerns on 1st this invention, Comprising: The process of providing the 1st catalyst metal particle which consists of a 1st catalyst metal on the surface of the said conductor, 1st catalyst metal particle A step of synthesizing the first carbon nanotube through the first carbon nanotube, a step of providing the second catalytic metal particle made of the second catalytic metal on the side surface of the first carbon nanotube, and a second carbon nanotube through the second catalytic metal particle. Process.
前記製造方法において、第1カーボンナノチューブおよび第2カーボンナノチューブは、好適には気相化学蒸着法により合成される。 In the manufacturing method, the first carbon nanotube and the second carbon nanotube are preferably synthesized by a vapor phase chemical vapor deposition method.
第三の本発明は、第一の本発明に係る電極体からなる一対の分極性電極を備え、前記一対の分極性電極は、前記カーボンナノチューブ層が非接触で対向するように設けられている、電気二重層キャパシタである。 The third aspect of the present invention includes a pair of polarizable electrodes comprising the electrode body according to the first aspect of the present invention, and the pair of polarizable electrodes are provided so that the carbon nanotube layers face each other in a non-contact manner. An electric double layer capacitor.
本発明の電極体によると、樹脂等からなる結着剤を使用せずにカーボンナノチューブが導電体から遊離することを防ぐことができる。したがって、本発明を用いた電気二重層キャパシタ等のエネルギーデバイスにおいては、高い容量を得ると同時に不良発生率を低減させることができる。 According to the electrode body of the present invention, it is possible to prevent the carbon nanotubes from being released from the conductor without using a binder made of resin or the like. Therefore, in an energy device such as an electric double layer capacitor using the present invention, a high capacity can be obtained and at the same time the failure rate can be reduced.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
1.電極の構成
第1の実施形態は、本発明に係る電極体である。図1は、第1の実施形態の電極体を概念的に示す模式図である。電極体10は、導電性基板11と導電性基板11の表面に設けられたカーボンナノチューブ層15とからなる。カーボンナノチューブ層15は、導電性基板11の表面に立設された複数本のカーボンナノチューブ(第1カーボンナノチューブ)12と、少なくとも2本のカーボンナノチューブ12間に架設されたカーボンナノチューブ(第2カーボンナノチューブ)13とからなる。
(First embodiment)
1. Electrode Configuration The first embodiment is an electrode body according to the present invention. FIG. 1 is a schematic view conceptually showing the electrode body of the first embodiment. The
カーボンナノチューブ12,13は、カーボン原子が網目状に結合してできた穴径がナノメートルサイズの極微細な筒(チューブ)状の物質である。各カーボンナノチューブ12,13の構造は、単層すなわち単一のチューブであってもよいし、多層すなわち同心状の複数の異径チューブからなるものであってもよい。本発明における「カーボンナノチューブ」として、一般的に「カーボンナノファイバー」と呼称される直径の大きい多層カーボンナノチューブを用いてもよい。カーボンナノチューブ12,13の直径は限定されることはなく、例えば0.4nm〜10μmの範囲の値を取りうるが、イオン半径0.074nmのリチウムイオンや、イオン半径約0.5nm程度の電解質溶媒和がその内部に進入することを考えると、内径は0.4nm〜100nmの範囲が好ましい。
The
第1カーボンナノチューブ12は、導電性基板11の表面に立設されている。第1カーボンナノチューブ12の一端が導電性基板11の表面に接続されており、他端や側面は導電性基板11から実質的に遊離するように立設されていることが好ましい。1本のカーボンナノチューブにより形成される電解液との界面を最大とすることができるからである。
The
第2カーボンナノチューブ13は、少なくとも2本の第1カーボンナノチューブ12間に架設されている。ここで「架設」とは、第2カーボンナノチューブ13が少なくとも2本の第1カーボンナノチューブ12と接続している状態を意味する。なお、第1カーボンナノチューブ12における第1カーボンナノチューブ12との接続部位は特に限定されないが、例えば、一端が第1カーボンナノチューブ12の側面に接続しており、他端が他の第1カーボンナノチューブ12の側面に接続している形態があり得る。
The
上述のように第1カーボンナノチューブ12が複数の接続部分を有することにより、カーボンナノチューブ12全体にかかる負荷が分散され、導電性基板11との接続部分にかかる負荷が低減されることが期待される。すなわち、第1カーボンナノチューブ12の導電性基板11からの剥離発生の可能性が低減されることになる。また、第1カーボンナノチューブ12において導電性基板11との接続部分に剥離が生じたとしても、第2カーボンナノチューブ13との接続部分における接続状態が維持される限り第1カーボンナノチューブ12が完全な遊離状態とはならない。したがって、第1カーボンナノチューブ12が導電性基板11から遊離する(抜け落ちる)可能性が低減される。このような構成の電極体を用いることにより、エネルギーデバイスにおける電極間のショート発生の可能性が低減される。
As described above, since the
集電体となる導電性基板11としては、例えば、銅、アルミニウム、シリコン、チタン、ステンレス鋼、タンタル、グラファイトからなる平板を使用することができる。集電効率を上げるために、パンチングメタル、エキスパンドメタル、金属網、アルミニウムのエッチング箔なども好ましく用いることができる。また、異種材料を貼り合わせた導電性基板を用いることもできる。電極体の用途に応じて適宜選択することができる。
As the
2.カーボンナノチューブ層の形成方法
導電性基板11の表面にカーボンナノチューブ層15を形成する方法を説明する。導電性基板11の表面にカーボンナノチューブ層15を形成する方法としては、導電性基板11の表面に直接カーボンナノチューブ層15を形成する直接法であっても、他の基板上にカーボンナノチューブ層15を形成しそれを導電性基板11上に転写する転写法であってもよい。以下、直接法による場合について説明する。まず、導電性基板11上に触媒金属粒子(第1触媒金属粒子)を設け、触媒金属粒子を介して導電性基板11上に第1カーボンナノチューブ12を合成する。その後、第1カーボンナノチューブ12の側面に触媒金属粒子(第2触媒金属粒子)を設け、かかる触媒金属粒子を介して第1カーボンナノチューブ12の側面上に第2カーボンナノチューブを合成し、さらに他の第1カーボンナノチューブ12に接続するように成長させる。
2. Method for Forming Carbon Nanotube Layer A method for forming the
第1カーボンナノチューブ12および第2カーボンナノチューブ13を合成する方法としては、気相化学蒸着(CVD)法、レーザーアブレーション法、アーク放電、溶液中電解合成法等がある。好ましくはCVD法による。第1カーボンナノチューブ12および第2カーボンナノチューブ13の合成に用いる触媒金属としては、鉄、ニッケル、コバルト、白金、金、イットリウム、ロジウム、パラジウム、またはこれらの組み合わせを含む合金が挙げられるが、この材料選択は所望のカーボンナノチューブ径とその合成方法によって決定される。カーボンナノチューブ合成時の加熱もしくは予備加熱により触媒金属粒子が肥大化する。その際の触媒金属粒子径と合成されるカーボンナノチューブ径には相関関係があると一般的に言われている。カーボンナノチューブ径として0.4nm〜100nmを所望する場合は、触媒金属粒子径は0.4nm〜100nmであることが望ましい。触媒金属粒子は、まずは例えば触媒金属層を真空蒸着してから形成することができるが、この場合触媒金属層の層厚は0.1nm〜10nmにすることが望ましい。
As a method of synthesizing the
第1カーボンナノチューブ12の長さは特に限定されないが、重量当たりのエネルギー密度を増大させるためには、長いほど望ましい。また、第2カーボンナノチューブ13は少なくとも2本のカーボンナノチューブ間を架橋するものであればその長さは特に限定されない。
Although the length of the
本発明に係る電極体は、電気二重層キャパシタ、電気化学キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池、有機電池等を含むエネルギー蓄積デバイス全般において適用可能である。 The electrode body according to the present invention is applicable to all energy storage devices including electric double layer capacitors, electrochemical capacitors, lithium ion capacitors, lithium ion secondary batteries, organic batteries and the like.
電気二重層キャパシタまたは電気化学キャパシタでは、正負極ともに本発明に係る電極体を用いることができる。 In the electric double layer capacitor or the electrochemical capacitor, the electrode body according to the present invention can be used for both positive and negative electrodes.
リチウムイオン二次電池では、従来、正極としてコバルト酸リチウム等のリチウム酸化金属、シリコン化合物、またはリチウム金属等が担持された電極体が用いられ、負極としてグラファイト等が担持された電極体が用いられている構成のものがあるが、ここで、負極として本発明にかかる電極体を用いることができる。 In a lithium ion secondary battery, an electrode body carrying lithium metal oxide such as lithium cobaltate, silicon compound, or lithium metal is used as the positive electrode, and an electrode body carrying graphite or the like is used as the negative electrode. Here, the electrode body according to the present invention can be used as the negative electrode.
リチウムイオンキャパシタでは、正極として活性炭が担持された電極体、負極としてグラファイトが担持された電極体を用いることが提案されているが、ここで、正負極ともに、本発明にかかる電極体を用いることができる。 In lithium ion capacitors, it has been proposed to use an electrode body carrying activated carbon as a positive electrode and an electrode body carrying graphite as a negative electrode. Here, the electrode body according to the present invention is used for both positive and negative electrodes. Can do.
(第2の実施形態)
以下では、第1の実施形態の電極体を用いたエネルギーデバイスについて説明する。このようなエネルギーデバイスの一例として、まずは、図2を用いて第2の実施形態の電気二重層キャパシタについて説明する。
(Second Embodiment)
Below, the energy device using the electrode body of 1st Embodiment is demonstrated. As an example of such an energy device, first, the electric double layer capacitor of the second embodiment will be described with reference to FIG.
図2は、第2の実施形態のコイン型の電気二重層キャパシタを模式的に示す垂直断面図である。電気二重層キャパシタ20は、分極性電極である正極10aと負極10bとを備え、正極10aおよび負極10bは、第1の実施形態の電極体10と同様の構成である。すなわち、それぞれ導電性基板11a,11bと、カーボンナノチューブ層15a,15bとからなる。電気二重層キャパシタ20は、ケース25と蓋27とが対向して配置され、ケース25の上面に固定されている正極10aと、蓋27の下面に固定されている負極10bとがそれぞれのカーボンナノチューブ層15a,15bがセパレータ23を介して対向するように配置されている。ケース25と蓋27とは、ガスケット26を用いてかしめ封口されている。ケース25と蓋27とによって形成される空間は、電解液24で満たされている。
FIG. 2 is a vertical sectional view schematically showing the coin-type electric double layer capacitor of the second embodiment. The electric
セパレータは、エネルギーデバイスの種類には原理的に依存しないが、特にリフロー対応が必要とされる場合には、耐熱性が要求される。耐熱性が要求されない場合にはポリプロピレン等を、耐熱性が必要な場合にはセルロース系のものを用いることができる。 The separator does not depend on the type of energy device in principle, but heat resistance is required particularly when reflow treatment is required. Polypropylene or the like can be used when heat resistance is not required, and cellulosic material can be used when heat resistance is required.
電解液は、エネルギーデバイスの種類によって異なる材料を選ぶ必要がある。溶媒としては、使用電圧範囲によって電気化学的分解が起こらないよう、適切な電位窓を持ったものを選択する。一般的なプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ヘキサン、純水、エチレン、エチレングリコール、あるいはそれらの混合溶媒を用いることができるが、リフロー対応が必要となる場合には、リフロー時に電解液が沸騰しないよう、スルフォランなどの高沸点溶媒を用いる。 It is necessary to select different materials for the electrolyte depending on the type of energy device. A solvent having an appropriate potential window is selected so that electrochemical decomposition does not occur depending on the operating voltage range. General propylene carbonate, ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, hexane, pure water, ethylene, ethylene glycol, or a mixed solvent thereof can be used. A high boiling point solvent such as sulfolane is used so that it does not boil.
電解質としては、様々な公知の材料、例えば電気二重層キャパシタ用途としてはテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート、リチウムイオン二次電池用途としてはリチウムペンタフルオロフォスフェート等を用いることができる。これらイオン性電解質のイオン直径に対応する大きさの直径を有するカーボンナノチューブを合成することにより、単位重量あたりのエネルギー密度が最大に近くなるエネルギー蓄積デバイスを作製することが可能になる。 As the electrolyte, various known materials, for example, tetraethylammonium tetrafluoroborate for electric double layer capacitor use, lithium pentafluorophosphate, etc. for lithium ion secondary battery use can be used. By synthesizing carbon nanotubes having a diameter corresponding to the ionic diameter of these ionic electrolytes, it is possible to produce an energy storage device in which the energy density per unit weight is close to the maximum.
以下、本発明について実施例をもって説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.
(実施例1)
1.実施例1の電極体の作製
1)第1カーボンナノチューブの合成
実施例1として、第1の実施形態に係る電極体を作製する。図1を参照しながら、実施例1の電極体の作製工程を説明する。まず、導電性基板11上に触媒金属層を形成する。導電性基板11として、Cuよりなる厚さ0.05mmの基板を用い、触媒金属としてFeを用いる。電子ビーム(EB)蒸着装置を用い、クリスタル振動子型膜厚計の指示が1.2mmとなるように室温で導電性基板11上にFeを供給し、Feからなる触媒金属層を形成する。
(Example 1)
1. Production of Electrode Body of Example 1 1) Synthesis of First Carbon Nanotube As Example 1, an electrode body according to the first embodiment is produced. With reference to FIG. 1, the manufacturing process of the electrode body of Example 1 will be described. First, a catalytic metal layer is formed on the
次に、触媒金属層が形成された導電性基板11を熱CVD装置に導入し、500℃で3分間加熱する。この工程によりFeが凝集してナノメートル径の触媒金属粒子が形成される。
Next, the
次に、そのまま600℃に昇温し、エチレンをアルゴンで5倍に希釈したガスを1リットル/分の流量で導電性基板11上に5分間供給する。この工程により、導電性基板11表面に長さ約1μmの複数本のカーボンナノチューブ12が立設される。
2)第2カーボンナノチューブの合成
その後、導電性基板11を取り出して再びEB蒸着装置に装着して、クリスタル振動子型膜厚計の指示が1.2nmとなるように室温でFeを供給する。ここで、カーボンナノチューブ12の側面にFeが供給されるように、導電性基板11は蒸着源に対して60度の角度に装着する。
Next, the temperature is raised to 600 ° C., and a gas obtained by diluting ethylene five times with argon is supplied onto the
2) Synthesis of Second Carbon Nanotube Thereafter, the
次に、再び熱CVD装置に導入し、500℃で3分間加熱する。この工程により、側面に付着されたFeが凝集してナノメートル径の触媒金属粒子が形成される。 Next, it is again introduced into the thermal CVD apparatus and heated at 500 ° C. for 3 minutes. Through this step, Fe adhered to the side surface aggregates to form nanometer-sized catalytic metal particles.
最後に、カーボンナノチューブ12の合成工程と同じ条件、すなわち600℃に昇温し、エチレンをアルゴンで5倍に希釈したガスを1リットル/分の流量で導電性基板11上に5分間供給する。この工程により、カーボンナノチューブ12はさらに長く成長し、最終的に長さ約2μmとなる。また、カーボンナノチューブ12の側面に付着したFe粒子を種として横方向にも新たにカーボンナノチューブが合成され、その一部は導電性基板11表面から成長している別のカーボンナノチューブ12に接触し、カーボンナノチューブ13を形成する。なお、Feは一方向のみから供給ではあるが、カーボンナノチューブ12の側面からのカーボンナノチューブの成長方向は多方向にわたる。これは、Feの凝集工程を経ることによりFe粒子の位置が一方向に限定されないことによると考えることができる。
Finally, the temperature is raised to 600 ° C. under the same conditions as in the
ここで、カーボンナノチューブ同士の接合のメカニズムは詳細にはわかっていないが、例えば、成長中のカーボンナノチューブ13の先端にFeが存在し、カーボンナノチューブ13の先端が別のカーボンナノチューブ12に接触したときに、先端のFeを介して化学的結合が形成される可能性が考えられる。
Here, although the mechanism of bonding between the carbon nanotubes is not known in detail, for example, when Fe exists at the tip of the growing
2.比較例1の電極体の作製
比較例1の電極体を、実施例1の電極体の作製工程とは、1)の第1カーボンナノチューブの合成工程において、エチレンをアルゴンで5倍に希釈したガスを5分間ではなく10分間供給した点、および2)の第2カーボンナノチューブの合成工程を行わない点を除いて、実施例1の電極体と同様の方法で作製する。
2. Production of Electrode Body of Comparative Example 1 The production process of the electrode body of Comparative Example 1 is the same as the production process of the electrode body of Example 1. 1) A gas obtained by diluting ethylene five times with argon in the first carbon nanotube synthesis step Is produced in the same manner as the electrode body of Example 1 except that the second carbon nanotube synthesis step of 2) is not performed and the second carbon nanotube synthesis step of 2) is not performed.
3.電極体の特性確認
実施例1の電極体の特性を以下のように確認することができる。実施例1及び比較例1の電極体をエタノールで10分間超音波洗浄後、洗浄液を濃縮して抜け落ちたカーボンナノチューブの数を測定する。実施例1と比較例1の測定結果を比較することにより、第2カーボンナノチューブを備える実施例1の電極体が、第2カーボンナノチューブを備えていない比較例1の電極体と比較して、カーボンナノチューブの抜け落ち量が少ないことを確認することができる。
3. Confirmation of characteristics of electrode body The characteristics of the electrode body of Example 1 can be confirmed as follows. The electrode bodies of Example 1 and Comparative Example 1 were subjected to ultrasonic cleaning with ethanol for 10 minutes, and then the number of carbon nanotubes that had fallen off was measured by concentrating the cleaning solution. By comparing the measurement results of Example 1 and Comparative Example 1, the electrode body of Example 1 having the second carbon nanotubes was compared with the electrode body of Comparative Example 1 having no second carbon nanotubes. It can be confirmed that the amount of dropping-out of the nanotube is small.
(実施例2)
1.実施例2の電気二重層キャパシタの作製
実施例2として、第2の実施形態の電気二重層キャパシタを実施例1の電極体を用いて作製する。図1および図2を参照しながら実施例2の電気二重層キャパシタの作製工程を説明する。実施例1の電極体10を二つ用意し、それぞれ分極性電極である正極10aおよび負極10bとする。正極10aの導電性基板11aのカーボンナノチューブ層15aが形成されていない側の面をステンレス製容器のケース25の上面に導電性接着剤を用いて接着する。負極10bの導電性基板11bのカーボンナノチューブ層15bが形成されていない側の面をステンレス製容器の蓋27の下面に導電性接着剤を用いて接着する。
(Example 2)
1. Production of Electric Double Layer Capacitor of Example 2 As Example 2, the electric double layer capacitor of the second embodiment is produced using the electrode body of Example 1. The manufacturing process of the electric double layer capacitor of Example 2 will be described with reference to FIGS. Two
ケース25を正極10aとともに、蓋27を負極10bとともに乾燥させた後、正極10aおよび負極10bに電解液を含浸させる。電解液には1mol/lのテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートのプロピレンカーボネート溶液を用いた。電解液を含浸させた正極10aおよび負極10bをセルロース系の不織布かなるセパレータ23を介して対向させ、ケース25と蓋27とをガスケット26を用いてかしめ封口する。こうして、コイン型の電気二重層キャパシタ20を作製する。
After drying the
2.比較例2の電気二重層キャパシタの作製
比較例2の電気二重層キャパシタは、実施例1の電極体に代えて、比較例1の電極体を用いる点を除いて、実施例2の電気二重層キャパシタと同様の方法で作製する。
2. Production of Electric Double Layer Capacitor of Comparative Example 2 The electric double layer capacitor of Comparative Example 2 is the electric double layer of Example 2 except that the electrode body of Comparative Example 1 is used instead of the electrode body of Example 1. It is manufactured by the same method as the capacitor.
3.電気二重層キャパシタの不良率確認
電気二重層キャパシタの不良率を、同一構成の電気二重層キャパシタを複数作製し、各電気二重層キャパシタの容量を測定し、その容量の平均値の50%以下の容量を有するものの発生確率にて評価することができる。実施例2と比較例2とにおける前述の発生確率を比較することにより、実施例2の電気二重層キャパシタが比較例1の電気二重層キャパシタと比較して、不良率が低いことを確認することができる。
3. Confirmation of defective rate of electric double layer capacitor For the defective rate of electric double layer capacitor, a plurality of electric double layer capacitors having the same configuration are manufactured, the capacitance of each electric double layer capacitor is measured, and the average value of the capacitance is 50% or less. It can be evaluated based on the probability of occurrence of those having a capacity. By comparing the above-mentioned occurrence probabilities in Example 2 and Comparative Example 2, it is confirmed that the electric double layer capacitor of Example 2 has a lower defect rate than the electric double layer capacitor of Comparative Example 1. Can do.
本発明に係る電極体は、大きな比表面積を持つ電極体としての利用形態を有し、エネルギー蓄電デバイス用途のほか、ガスセンサ等にも有用である。 The electrode body according to the present invention has a form of use as an electrode body having a large specific surface area, and is useful not only for energy storage devices but also for gas sensors and the like.
10 電極体
10a 正極
10b 負極
11,11a,11b 導電性基板
12 第1カーボンナノチューブ
13 第2カーボンナノチューブ
15,15a,15b カーボンナノチューブ層
20 電気二重層キャパシタ
23 セパレータ
24 電解液
25 ケース
26 ガスケット
27 蓋
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記カーボンナノチューブ層は、前記導電体の表面に立設された複数本の第1カーボンナノチューブと、少なくとも2本の第2カーボンナノチューブ間に架設された第2カーボンナノチューブとを含む、電極体。 An electrode body comprising a conductor and a carbon nanotube layer provided on the surface of the conductor,
The said carbon nanotube layer is an electrode body containing the several 1st carbon nanotube standingly arranged by the surface of the said conductor, and the 2nd carbon nanotube spanned between the at least 2nd 2nd carbon nanotube.
前記導電体の表面に第1触媒金属からなる第1触媒金属粒子を設ける工程、
第1触媒金属粒子を介して第1カーボンナノチューブを合成する工程、
第1カーボンナノチューブの側面に第2触媒金属からなる第2触媒金属粒子を設ける工程、及び
第2触媒金属粒子を介して第2カーボンナノチューブを合成する工程、
を有する、製造方法。 A method for producing the electrode body according to any one of claims 1 to 7,
Providing first catalytic metal particles comprising a first catalytic metal on the surface of the conductor;
Synthesizing first carbon nanotubes through first catalytic metal particles;
Providing a second catalytic metal particle comprising a second catalytic metal on the side surface of the first carbon nanotube; and synthesizing a second carbon nanotube via the second catalytic metal particle;
A manufacturing method comprising:
前記一対の分極性電極は、前記カーボンナノチューブ層が非接触で対向するように設けられている、電気二重層キャパシタ。 A pair of polarizable electrodes comprising the electrode body according to any one of claims 1 to 7,
The pair of polarizable electrodes are electric double layer capacitors provided so that the carbon nanotube layers are opposed to each other in a non-contact manner.
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