JP7163645B2 - Carbon nanotube electrode, electricity storage device using the same, and method for producing carbon nanotube composite - Google Patents

Carbon nanotube electrode, electricity storage device using the same, and method for producing carbon nanotube composite Download PDF

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Description

本発明は、カーボンナノチューブ電極及びこれを用いた蓄電デバイス並びにカーボンナノチューブ複合体の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon nanotube electrode, an electricity storage device using the same, and a method for producing a carbon nanotube composite.

カーボンナノチューブは、従来のグラファイトやダイヤモンド等の材料にない特異な性質から、種々の技術分野に利用することが検討されている。例えば、カーボンナノチューブを、蓄電デバイスの電極材料に利用することが検討されている。 Carbon nanotubes are being studied for their use in various technical fields due to their unique properties not found in conventional materials such as graphite and diamond. For example, the use of carbon nanotubes as an electrode material for electric storage devices is under study.

特許文献1及び特許文献2は、多層カーボンナノチューブの表面にアモルファスカーボンからなる無定形炭素からなる被覆層を有する電極材料(負極材料)を開示している。非特許文献1は、多層カーボンナノチューブの表面に結晶性の低いカーボンからなる層を有する電極材料を開示している。 Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose an electrode material (negative electrode material) having a coating layer made of amorphous carbon made of amorphous carbon on the surface of a multi-walled carbon nanotube. Non-Patent Document 1 discloses an electrode material having a layer of carbon with low crystallinity on the surface of a multi-walled carbon nanotube.

特開2004-303613号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-303613 特開2014-231446号公報JP 2014-231446 A

“In Situ Transmission Electron Microscopy Study of Electrochemical Sodiation and Potassiation of Carbon Nanofibers” Nano letter 2014, 14, 3445-3452“In Situ Transmission Electron Microscopy Study of Electrochemical Sodiation and Potassiation of Carbon Nanofibers” Nanoletter 2014, 14, 3445-3452

しかしながら、アモルファスカーボンは、リチウムイオンを挿入できるサイトに限界があるので(単位体積当たりのエネルギー密度が低いので)、負極容量の向上に限界がある。非特許文献1の技術は、気相流動法によって多層カーボンナノチューブを合成しているので、基板に直接多層カーボンナノチューブを成長させることができない。従って、非特許文献1の技術では、電極の構成にバインダが必要となるため、その分、抵抗が高くなってしまう。また、単位重量当たりの負極容量が減少してしまう。 However, since amorphous carbon has a limited number of sites into which lithium ions can be inserted (because of its low energy density per unit volume), there is a limit to improvement in negative electrode capacity. Since the technique of Non-Patent Document 1 synthesizes multi-walled carbon nanotubes by a gas-phase flow method, multi-walled carbon nanotubes cannot be grown directly on a substrate. Therefore, in the technique of Non-Patent Document 1, a binder is required for the configuration of the electrodes, so the resistance increases accordingly. Moreover, the negative electrode capacity per unit weight is reduced.

本発明は上述した課題に対処するためになされた。即ち、本発明の目的の一つは、負極容量を向上することができるカーボンナノチューブ電極(以下、「本発明カーボンナノチューブ電極」と称呼される場合がある。)及びこれを用いた蓄電デバイス(以下、「本発明蓄電デバイス」と称呼される場合がある。)並びにカーボンナノチューブ複合体の製造方法(以下、「本発明カーボンナノチューブ複合体の製造方法」と称呼される場合がある。)を提供することにある。 The present invention has been made to address the above-mentioned problems. That is, one of the objects of the present invention is to provide a carbon nanotube electrode capable of improving the negative electrode capacity (hereinafter sometimes referred to as "the carbon nanotube electrode of the present invention") and an electricity storage device using the same (hereinafter , may be referred to as the “electricity storage device of the present invention”) and a method for producing a carbon nanotube composite (hereinafter sometimes referred to as “the method for producing the carbon nanotube composite of the present invention”). That's what it is.

上述の課題を解決するために、
本発明カーボンナノチューブ電極は、
導電性を有する導電性金属で構成された導電性基材と、
導電性基材に設けられた種触媒粒子から成長させた多層カーボンナノチューブと、
を含み、
前記多層カーボンナノチューブは、
前記多層カーボンナノチューブの軸心方向に沿って延びる、同心円状に配置された複数のチューブ状のグラフェンシートを含む主体部と、
前記主体部の外側に重なる前記チューブ状のグラフェンシートとは物性の異なるグラフェンシートを複数含み、前記グラフェンシートの炭素環が欠損した部分である炭素環欠損部が前記主体部に比べて多い表層部と、
を含む。
In order to solve the above problems,
The carbon nanotube electrode of the present invention is
a conductive substrate made of a conductive metal having conductivity;
multi-walled carbon nanotubes grown from seed catalyst particles provided on a conductive substrate;
including
The multi-walled carbon nanotube is
a main body including a plurality of concentrically arranged tubular graphene sheets extending along the axial direction of the multi-walled carbon nanotube;
A surface layer portion that includes a plurality of graphene sheets having physical properties different from those of the tubular graphene sheet that overlaps the outside of the main portion, and that has more carbon ring-deficient portions, which are portions in which the carbon rings of the graphene sheets are lacking, compared to the main portion. When,
including.

本発明カーボンナノチューブ電極の一態様において、
前記表層部の電子回折像は、前記主体部の電子回折像の炭素002面による回折スポットの形状に比べて伸びた形状の炭素002面による回折スポットを含む。
In one aspect of the carbon nanotube electrode of the present invention,
The electron diffraction image of the surface layer portion includes a diffraction spot due to the carbon 002 surface that is elongated compared to the shape of the diffraction spot due to the carbon 002 surface in the electron diffraction image of the main portion.

本発明カーボンナノチューブ電極の一態様において、
前記表層部の厚さは、前記主体部の厚さに対して、2.5倍以上である。
In one aspect of the carbon nanotube electrode of the present invention,
The thickness of the surface layer portion is 2.5 times or more the thickness of the main portion.

本発明蓄電デバイスは、
正極と、
カーボンナノチューブ電極からなる負極と、
電解質と、
を含み、
前記カーボンナノチューブ電極は、
導電性を有する導電性金属で構成された導電性基材と、
導電性基材に設けられた種触媒粒子から成長させた多層カーボンナノチューブと、
を含み、
前記多層カーボンナノチューブは、
前記多層カーボンナノチューブの軸心方向に沿って延びる、同心円状に配置された複数のチューブ状のグラフェンシートを含む主体部と、
前記主体部の外側に重なる前記チューブ状のグラフェンシートとは物性の異なるグラフェンシートを複数含み、前記グラフェンシートの炭素環が欠損した部分である炭素環欠損部が前記主体部に比べて多い表層部と、
を含む。
The electricity storage device of the present invention is
a positive electrode;
a negative electrode made of a carbon nanotube electrode;
an electrolyte;
including
The carbon nanotube electrode is
a conductive substrate made of a conductive metal having conductivity;
multi-walled carbon nanotubes grown from seed catalyst particles provided on a conductive substrate;
including
The multi-walled carbon nanotube is
a main body including a plurality of concentrically arranged tubular graphene sheets extending along the axial direction of the multi-walled carbon nanotube;
A surface layer portion that includes a plurality of graphene sheets having physical properties different from those of the tubular graphene sheet that overlaps the outside of the main portion, and that has more carbon ring-deficient portions, which are portions in which the carbon rings of the graphene sheets are lacking, compared to the main portion. When,
including.

本発明カーボンナノチューブ複合体の製造方法は、
導電性を有する導電性金属で構成された導電性基材上に多層カーボンナノチューブを形成するための種触媒粒子で構成された触媒層を形成する積層体形成工程と、
前記触媒層上に前記多層カーボンナノチューブを形成するカーボンナノチューブ層形成工程と、
を有し、
前記カーボンナノチューブ層形成工程は、
チャンバー内に積層体を入れて、前記チャンバー内の前記積層体の温度が、450℃以上550℃以下の温度範囲から選ばれた第1温度範囲であるとき、前記炭素原料ガスのガス流量を第1所定ガス流量で前記チャンバー内に導入した後、炭素原料ガスのガス流量を第1所定ガス流量にした状態で、800℃以上850℃以下の範囲から選ばれた多層カーボンナノチューブ合成温度範囲まで昇温することにより、前記種触媒粒子の表面の一部に前記多層カーボンナノチューブの成長の起点となる前駆体を形成する前駆体成長工程を含む前駆体形成工程と、
前記前駆体形成工程の後、前記積層体の温度が、前記多層カーボンナノチューブ合成温度範囲であるとき、前記炭素原料ガスのガス流量を、第2所定ガス流量にして、前記前駆体を起点として前記多層カーボンナノチューブを成長させるカーボンナノチューブ成長工程であって、前記第2所定ガス流量は、前記第1所定ガス流量の1.8倍以上15.0倍以下である前記カーボンナノチューブ成長工程と、
を含む。
The method for producing the carbon nanotube composite of the present invention comprises
a laminate forming step of forming a catalyst layer composed of seed catalyst particles for forming multi-walled carbon nanotubes on a conductive base material composed of a conductive metal having electrical conductivity;
a carbon nanotube layer forming step of forming the multi-walled carbon nanotubes on the catalyst layer;
has
The carbon nanotube layer forming step includes
The laminate is placed in a chamber, and when the temperature of the laminate in the chamber is within a first temperature range selected from a temperature range of 450° C. or higher and 550° C. or lower, the gas flow rate of the carbon source gas is reduced to the first temperature range. 1 After introducing into the chamber at a predetermined gas flow rate, with the gas flow rate of the carbon source gas set to the first predetermined gas flow rate, up to a multi-walled carbon nanotube synthesis temperature range selected from the range of 800 ° C. or higher and 850 ° C. or lower. a precursor forming step including a precursor growing step of forming a precursor that serves as a starting point for growth of the multi-walled carbon nanotubes on a portion of the surface of the seed catalyst particles by raising the temperature;
After the precursor forming step, when the temperature of the laminate is within the multi-walled carbon nanotube synthesis temperature range, the gas flow rate of the carbon raw material gas is set to a second predetermined gas flow rate, and the precursor is used as a starting point. a carbon nanotube growth step for growing multi-walled carbon nanotubes, wherein the second predetermined gas flow rate is 1.8 times or more and 15.0 times or less the first predetermined gas flow rate;
including.

本発明カーボンナノチューブ複合体の製造方法の一態様において、
前記前駆体形成工程は、
前記前駆体成長工程の前に、前記積層体を加熱することにより、前記チャンバー内の前記積層体の温度を前記第1温度範囲で保持する種触媒粒子の加熱工程を更に含む。
In one aspect of the method for producing the carbon nanotube composite of the present invention,
The precursor forming step includes
The method further includes, before the precursor growing step, a step of heating seed catalyst particles for maintaining the temperature of the layered body in the chamber within the first temperature range by heating the layered body.

本発明によれば、負極容量を向上することができる。 According to the present invention, the negative electrode capacity can be improved.

図1は、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ電極の構成例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a configuration example of a carbon nanotube electrode according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1の線I-I’に沿った概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view along line I-I' of FIG. 図3は、多層カーボンナノチューブの構成を説明するための模式図及びTEM像である。FIG. 3 is a schematic diagram and a TEM image for explaining the structure of multi-walled carbon nanotubes. 図4は、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ複合体の製造方法を説明するための温度プロファイル及びガス流量プロファイルを示すグラフ及び模式図である。FIG. 4 is a graph and a schematic diagram showing a temperature profile and a gas flow rate profile for explaining the method for producing a carbon nanotube composite according to an embodiment of the invention. 図5は、実施例1の温度プロファイル及びガス流量プロファイルを示すグラフである。5 is a graph showing the temperature profile and gas flow rate profile of Example 1. FIG. 図6は、比較例2の温度プロファイル及びガス流量プロファイルを示すグラフである。6 is a graph showing the temperature profile and gas flow rate profile of Comparative Example 2. FIG. 図7は、実施例1の多層カーボンナノチューブの形成状態を観察したときのSEM像及びTEM像を示す写真である。FIG. 7 is a photograph showing an SEM image and a TEM image when observing the formation state of the multi-walled carbon nanotube of Example 1. FIG. 図8は、実施例2の多層カーボンナノチューブの形成状態を観察したときのSEM像及びTEM像を示す写真である。FIG. 8 is a photograph showing an SEM image and a TEM image when observing the formation state of the multi-walled carbon nanotube of Example 2. FIG. 図9は、比較例1の多層カーボンナノチューブの形成状態を観察したときのSEM像及びTEM像を示す写真である。9 is a photograph showing an SEM image and a TEM image when observing the formation state of the multi-walled carbon nanotube of Comparative Example 1. FIG. 図10は、比較例2の多層カーボンナノチューブの形成状態を観察したときのSEM像及びTEM像を示す写真である。FIG. 10 is a photograph showing SEM and TEM images when observing the state of formation of multi-walled carbon nanotubes of Comparative Example 2. FIG. 図11は、実施例1の多層カーボンナノチューブ及び比較例1の多層カーボンナノチューブの形成状態を観察したTEM像及びTEM像を逆フーリエ変換して得たFFT画像(電子回折像)である。FIG. 11 is a TEM image for observing the formation state of the multi-walled carbon nanotube of Example 1 and the multi-walled carbon nanotube of Comparative Example 1, and an FFT image (electron diffraction image) obtained by inverse Fourier transforming the TEM image. 図12は、実施例及び比較例の測定結果(CNT長さ)を、縦軸:CNT長さ、横軸:第1ガス導入温度tg1の座標にプロットしたグラフである。FIG. 12 is a graph plotting the measurement results (CNT length) of Examples and Comparative Examples on the coordinates of the vertical axis: CNT length and the horizontal axis: first gas introduction temperature tg1. 図13は、実施例及び比較例の測定結果(CNT長さ)を、縦軸:CNT長さ、横軸:第1所定ガス流量M1の座標にプロットしたグラフである。FIG. 13 is a graph plotting the measurement results (CNT length) of the example and the comparative example on the coordinates of the vertical axis: CNT length and the horizontal axis: first predetermined gas flow rate M1. 図14は、実施例及び比較例の測定結果(CNT量)を、縦軸:CNT量、横軸:多層CNT合成温度tg2の座標にプロットしたグラフである。FIG. 14 is a graph plotting the measurement results (CNT amount) of Examples and Comparative Examples on the coordinates of the vertical axis: CNT amount and the horizontal axis: multilayer CNT synthesis temperature tg2. 図15は、実施例及び比較例の測定結果(CNT長さ)を、縦軸:CNT量、横軸:第2所定ガス流量M2の座標にプロットしたグラフである。FIG. 15 is a graph plotting the measurement results (CNT length) of Examples and Comparative Examples on the coordinates of the vertical axis: CNT amount and the horizontal axis: second predetermined gas flow rate M2. 図16は、実施例及び比較例の測定結果(容量)を、縦軸:容量、横軸:第2所定ガス流量M2の座標にプロットしたグラフである。FIG. 16 is a graph plotting the measurement results (capacity) of the example and the comparative example on the coordinates of the vertical axis: capacity and the horizontal axis: the second predetermined gas flow rate M2.

以下、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ複合体について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。 A carbon nanotube composite according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in all the drawings of the embodiment, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts.

本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ複合体は、例えば、蓄電デバイス(例えば、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池等)の電極(例えば、負極等)等に好適に用いることができる。なお、カーボンナノチューブ複合体で構成された電極は、「カーボンナノチューブ電極」とも称呼される。 The carbon nanotube composite according to the embodiment of the present invention can be suitably used, for example, as an electrode (eg, negative electrode, etc.) of an electric storage device (eg, lithium ion capacitor, lithium ion secondary battery, etc.). An electrode composed of a carbon nanotube composite is also called a “carbon nanotube electrode”.

<カーボンナノチューブ電極の構成>
図1及び図2は、カーボンナノチューブ複合体を電極に適用した構成例を示す。図1に示されるように、電極10は、端子部10aと電極部10bとを有する。端子部10aは、カーボンナノチューブ層14(以下、「CNT層14」と称呼される。)が形成されていない導電性基材11が露出された露出部で構成されており、外部に電流を取り出すために設けられている。
<Structure of carbon nanotube electrode>
1 and 2 show configuration examples in which a carbon nanotube composite is applied to an electrode. As shown in FIG. 1, the electrode 10 has a terminal portion 10a and an electrode portion 10b. The terminal portion 10a is composed of an exposed portion where the conductive base material 11 is exposed without the carbon nanotube layer 14 (hereinafter referred to as "CNT layer 14") formed thereon, and extracts current to the outside. is established for

電極部10bは、例えば、矩形状の平面形状を有し、カーボンナノチューブ複合体で構成されている。図2に示されるように、電極部10bを構成するカーボンナノチューブ複合体は、導電性基材11の一主面及び他主面のそれぞれに、触媒層13及びCNT層14を有する。尚、図示は省略するが、カーボンナノチューブ複合体は、導電性基材11の一主面のみに、触媒層13及びCNT層14を有するようにしてもよい。 The electrode portion 10b has, for example, a rectangular planar shape and is made of a carbon nanotube composite. As shown in FIG. 2, the carbon nanotube composite constituting the electrode portion 10b has a catalyst layer 13 and a CNT layer 14 on one main surface and the other main surface of the conductive substrate 11, respectively. Although illustration is omitted, the carbon nanotube composite may have the catalyst layer 13 and the CNT layer 14 only on one main surface of the conductive substrate 11 .

(導電性基材)
導電性基材11は、導電性を有する導電性金属で構成され、例えば、箔状の導電性金属(導電性金属箔)である。導電性金属としては、例えば、リチウムイオンキャパシタの電極(集電体)に好適な銅(Cu)等を用いることが好ましい。
(Conductive substrate)
The conductive base material 11 is made of a conductive metal having conductivity, and is, for example, a foil-shaped conductive metal (conductive metal foil). As the conductive metal, it is preferable to use, for example, copper (Cu) suitable for an electrode (current collector) of a lithium ion capacitor.

(触媒層)
触媒層13は、カーボンナノチューブを形成するための種触媒で構成され、例えば、導電性基材11に担持された、カーボンナノチューブの形成を触媒することが可能な材料(例えば、遷移金属粒子等)で構成されている。触媒層13を構成する材料としては、例えば、鉄(Fe)又は鉄-チタン合金(FeTi)粒子等のFe系種触媒粒子、コバルト(Co)粒子、ニッケル(Ni)粒子等の種触媒粒子を用いることができる。
(catalyst layer)
The catalyst layer 13 is composed of a seed catalyst for forming carbon nanotubes, for example, a material capable of catalyzing the formation of carbon nanotubes (eg, transition metal particles, etc.) supported on the conductive substrate 11. consists of Materials constituting the catalyst layer 13 include, for example, Fe-based seed catalyst particles such as iron (Fe) or iron-titanium alloy (FeTi) particles, and seed catalyst particles such as cobalt (Co) particles and nickel (Ni) particles. can be used.

種触媒粒子は、典型的には、一次粒子径がナノサイズの粒子(ナノ粒子)が使用され得る。ナノサイズとは、典型的には、数nm以上数十nm以下程度の大きさのことをいう。ナノサイズの大きさを有する材料を、例えばナノ粒子というように、接頭辞「ナノ」を付して称する。種触媒粒子の一次粒子の平均粒子径は、カーボンナノチューブの成長性がより優れている観点から、20nm以下であることが好ましい。 As the seed catalyst particles, typically, particles having a primary particle size of nanosize (nanoparticles) can be used. A nanosize typically means a size of several nanometers or more and several tens of nanometers or less. Materials with nano-sized dimensions are referred to with the prefix "nano", eg, nanoparticles. The average particle size of the primary particles of the seed catalyst particles is preferably 20 nm or less from the viewpoint of better growth of carbon nanotubes.

CNT層14は、触媒層13に形成された多層カーボンナノチューブ24で構成されている。具体的に述べると、図3に示されるように、CNT層14は、導電性基材11に担持された種触媒粒子23(触媒層13)から成長した配向性を有する、多層カーボンナノチューブ24で構成されている。 The CNT layer 14 is composed of multi-walled carbon nanotubes 24 formed on the catalyst layer 13 . Specifically, as shown in FIG. 3, the CNT layer 14 is multi-walled carbon nanotubes 24 having orientation grown from seed catalyst particles 23 (catalyst layer 13) supported on the conductive substrate 11. It is configured.

多層カーボンナノチューブ24は、主体部24aと、主体部24aの外側に重なる表層部24bとを含む。主体部24aは、複数のチューブ状の結晶性の高いグラフェンシート(ブロックR1に示されたTEM像の黒い部分)が同心円状に配置された(重ねられた)構成を有する。 The multi-walled carbon nanotube 24 includes a main body portion 24a and a surface layer portion 24b overlapping the outside of the main body portion 24a. The main body 24a has a configuration in which a plurality of tubular graphene sheets with high crystallinity (black portions in the TEM image shown in block R1) are concentrically arranged (stacked).

表層部24bは、主体部24aを覆うように主体部24aの外側に配置されている(重ねられている)。表層部24bは、主体部24aを構成する複数のチューブ状のグラフェンシートとは物性の異なる複数のグラフェンシートで構成されている。表層部24bは、グラフェンシートの炭素環(1又は複数の炭素環)が欠損している炭素環の欠損部分(「炭素環欠損部」とも称呼される。)を主体部24aに比べて多く含む。 The surface layer portion 24b is arranged (overlapped) on the outside of the main body portion 24a so as to cover the main body portion 24a. The surface layer portion 24b is composed of a plurality of graphene sheets having physical properties different from those of the tubular graphene sheets forming the main portion 24a. The surface layer portion 24b includes more carbon ring-lacking portions (also referred to as “carbocyclic ring-lacking portions”) in which the carbon rings (one or more carbon rings) of the graphene sheet are missing compared to the main portion 24a. .

グラフェンシートとは、少なくともグラフェンを含む炭素原子からなる層(単層)である。グラフェンは、6角形の格子状に並んだ炭素原子の層(炭素6員環の層(1原子の厚さの層))である。グラフェンシートは、5角形に並んだ炭素原子(炭素5員環)及び7角形に並んだ炭素原子(炭素7員環)の少なくとも何れかを含んでいてもよい。更に、グラフェンシートは、炭素環が欠損している炭素環の欠損部分を含んでいてもよい。 A graphene sheet is a layer (single layer) composed of carbon atoms containing at least graphene. Graphene is a layer of carbon atoms arranged in a hexagonal lattice (a layer of six-membered carbon rings (a layer with a thickness of one atom)). The graphene sheet may contain at least one of carbon atoms arranged pentagonally (5-membered carbon ring) and carbon atoms arranged heptagonally (7-membered carbon ring). Furthermore, the graphene sheet may contain a missing portion of a carbocyclic ring in which the carbocyclic ring is missing.

表層部24bを構成する複数のグラフェンシートは、例えば、小片状のグラフェンシート(例えば、炭素環の欠損部分を含み、チューブ状のグラフェンシートが多数に分断されたグラフェンシート)が複数積層された積層体(以下、「小片状グラフェンシート積層体」とも称呼される。)、及び、炭素環の欠損部分が主体部24aのグラフェンシートより多く含まれるチューブ状のグラフェンシートの少なくとも何れかを含む集合体である。なお、主体部24aを構成するチューブ状のグラフェンシートは、炭素環の欠損部分が実質的に存在しないか、或いは、存在しても、炭素環の欠損部分は、非常に少ないと考えられる。 The plurality of graphene sheets that constitute the surface layer portion 24b are, for example, a plurality of small piece-like graphene sheets (for example, graphene sheets in which a tube-like graphene sheet including a missing portion of a carbon ring and divided into a large number of tube-like graphene sheets) are laminated. At least one of a laminated body (hereinafter also referred to as a “flaky graphene sheet laminated body”) and a tubular graphene sheet containing more missing portions of carbon rings than the graphene sheet of the main portion 24a. It is an aggregate. In addition, it is considered that the tube-shaped graphene sheet that constitutes the main body 24a has substantially no missing portions of the carbon rings, or, if present, there are very few missing portions of the carbon rings.

なお、主体部24aと表層部24bとの違いは、TEMによる観察による外観上の違い、及び、TEM像を逆フーリエ変換して得たFFT画像(電子回折像)により確認することができる(図11を参照。)。 Note that the difference between the main body portion 24a and the surface layer portion 24b can be confirmed by the difference in appearance by TEM observation and by the FFT image (electron diffraction image) obtained by inverse Fourier transforming the TEM image (Fig. 11).

即ち、ブロックR1に示される主体部24aのTEM像では、複数のグラフェンシート(黒色部分)が、矢印G1の示す方向(多層カーボンナノチューブの軸心方向)に沿って延びている(軸心方向に沿って配向している)と共に、矢印G2の示す方向(径方向)に重なっている。 That is, in the TEM image of the main body portion 24a shown in the block R1, a plurality of graphene sheets (black portions) extend along the direction indicated by the arrow G1 (the axial direction of the multi-walled carbon nanotube). ) and in the direction indicated by the arrow G2 (radial direction).

これに対して、表層部24bのTEM像では、断続的に存在する複数のグラフェンシート(黒色部分)が、主体部24aの外側に重なっている。断続的に存在する複数のグラフェンシート(黒い部分)は矢印G1の示す方向(軸心方向)に沿って延びるものもあるが、矢印G1の示す方向(軸心方向)に沿わないで延びるものも多くある。従って、複数のグラフェンシート(黒色部分)の配向性は主体部24aの複数のグラフェンシートより低いことが考えられる。 On the other hand, in the TEM image of the surface layer portion 24b, a plurality of intermittent graphene sheets (black portions) are superimposed on the outside of the main portion 24a. A plurality of intermittently present graphene sheets (black portions) may extend along the direction indicated by the arrow G1 (axial direction), but may extend not along the direction indicated by the arrow G1 (axial direction). There are many. Therefore, it is conceivable that the orientation of the plurality of graphene sheets (black portion) is lower than that of the plurality of graphene sheets of the main portion 24a.

また、複数のグラフェンシートを分断する白い部分(軸心方向に沿わない白い部分)の多くは、グラフェンシートの炭素環の欠損部分であると考えられる。従って、表層部24bは、主体部24aに比べて、炭素環の欠損部分が多く存在する傾向にあるといえる。更に、複数のグラフェンシートを分断する白い部分(軸方向に沿わない白い部分)は、小片状のグラフェンシートと小片状のグラフェンシートとの間の隙間も含まれると考えられる。なお、矢印G1の示す方向に延びる白い部分は、グラフェンシートの炭素環面(炭素002面)と炭素環面(炭素の002面)との間の部分(グラフェンシートの層間)であると考えられる。 In addition, many of the white portions (white portions not along the axial direction) that divide the graphene sheets are considered to be portions lacking carbon rings in the graphene sheets. Therefore, it can be said that the surface layer portion 24b tends to have more missing portions of the carbon rings than the main portion 24a. Furthermore, it is considered that the white portions (white portions not along the axial direction) that divide a plurality of graphene sheets include gaps between small piece-like graphene sheets. Note that the white portion extending in the direction indicated by the arrow G1 is considered to be the portion (interlayer of the graphene sheet) between the carbocyclic plane (002 plane of carbon) and the (002 plane of carbon) of the graphene sheet. .

表層部24bを構成する複数のグラフェンシートのFFT画像は、炭素の002面による回折スポットS1a及びS1b(図11の実施例1を参照。)が、主体部24aを構成する複数のグラフェンシートの炭素の002面による回折スポットS2a及びS2b並びにS3a及びS3b(図11の比較例1を参照。)に比べて、伸びた形状になる。 In the FFT image of the plurality of graphene sheets forming the surface layer portion 24b, the diffraction spots S1a and S1b (see Example 1 of FIG. 11) due to the 002 plane of carbon are the carbon of the plurality of graphene sheets forming the main portion 24a. The diffraction spots S2a and S2b and S3a and S3b (see Comparative Example 1 in FIG. 11) by the 002 plane of .

なお、表層部24bを構成する複数のグラフェンシートのFFT画像は、アモルファス状態のときに現れるハローパターンではない。換言すると、表層部24bを構成する複数のグラフェンシートは、アモルファスカーボンより結晶性が高く、主体部24aを構成する複数のグラフェンシートより結晶性が低いと考えられる。 Note that the FFT image of the plurality of graphene sheets forming the surface layer portion 24b is not a halo pattern that appears in the amorphous state. In other words, the plurality of graphene sheets forming the surface layer portion 24b are considered to have higher crystallinity than amorphous carbon and lower crystallinity than the plurality of graphene sheets forming the main portion 24a.

表層部24bは、炭素環の欠損部分からリチウムイオンを吸蔵できるので、表層部24bを構成する複数のグラフェンシートの層間にリチウムイオンが入りやすい。これに対して、主体部24aは、主体部24aを構成する複数のグラフェンシートの層間の入り口は、主に軸心方向の端部となるので、複数のグラフェンシートの層間にリチウムイオンが入りにくい。従って、表層部24bは、主体部24aに比べて、リチウムイオンの吸蔵サイトを増大できると考えられる。これにより、負極容量を向上できる。 Since the surface layer portion 24b can occlude lithium ions from the missing portions of the carbon rings, the lithium ions easily enter between the layers of the graphene sheets forming the surface layer portion 24b. On the other hand, in the main body portion 24a, the entrance between the layers of the graphene sheets constituting the main body portion 24a is mainly the end portion in the axial direction, so it is difficult for lithium ions to enter between the layers of the graphene sheets. . Therefore, it is considered that the surface layer portion 24b can increase the number of lithium ion absorption sites compared to the main portion 24a. Thereby, the negative electrode capacity can be improved.

更に、表層部24bを構成する複数のグラフェンシートが、主体部24aに比べて配向性の低い構造をとることにより、主体部24aに比べて、リチウムイオンの吸蔵サイトを増大できると考えられる。これにより、更に、負極容量を向上できる。 Furthermore, it is considered that the plurality of graphene sheets that constitute the surface layer portion 24b have a structure with lower orientation than the main portion 24a, so that the number of lithium ion absorption sites can be increased compared to the main portion 24a. Thereby, the negative electrode capacity can be further improved.

更に、表層部24bに含まれる小片状のグラフェンシートと小片状のグラフェンシートとの間の隙間も、リチウムイオンの吸蔵サイトとなり得ると考えられる。これにより、更に、負極容量を向上できる。 Further, it is considered that the gaps between the small piece-like graphene sheets included in the surface layer portion 24b can also serve as lithium ion absorption sites. Thereby, the negative electrode capacity can be further improved.

表層部24bの厚さは、より容量を向上できる観点から、主体部24aの厚さに対して2.5倍以上であることが好ましく、製造過程の表層部の成長率も考慮すると、2.5倍以上13倍以下であることがより好ましい。なお、表層部24bの厚さは、主体部24a(多層カーボンナノチューブ)の軸心方向(矢印G1の示す方向)に対して垂直な径方向に沿った厚さである。 The thickness of the surface layer portion 24b is preferably 2.5 times or more the thickness of the main portion 24a from the viewpoint of further improving the capacity. More preferably, it is 5 times or more and 13 times or less. The thickness of the surface layer portion 24b is the thickness along the radial direction perpendicular to the axial direction (the direction indicated by the arrow G1) of the main portion 24a (multiwalled carbon nanotube).

<カーボンナノチューブ複合体の製造方法の概要>
次に、上述した本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ複合体(電極部10b)の製造方法の概要について説明する。上述したカーボンナノチューブ複合体は、例えば以下のように製造する。即ち、まず、導電性基材11を用意する。
<Overview of method for producing carbon nanotube composite>
Next, the outline of the method for producing the carbon nanotube composite (electrode portion 10b) according to the embodiment of the present invention described above will be described. The carbon nanotube composite described above is produced, for example, as follows. That is, first, the conductive base material 11 is prepared.

次に、導電性基材11の一主面及び他主面のそれぞれに、触媒層13を形成することによって、導電性基材11の一主面及び他主面のそれぞれに、触媒層13を形成した積層体を得る。 Next, the catalyst layer 13 is formed on each of the one main surface and the other main surface of the conductive substrate 11 by forming the catalyst layer 13 on each of the one main surface and the other main surface of the conductive substrate 11. A formed laminate is obtained.

次に、この積層体の触媒層13に多層カーボンナノチューブ24を、化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法にて形成するカーボンナノチューブ層形成工程(以下、「CNT層形成工程」と称呼される。)を行う。これにより、図1及び図2に示されたカーボンナノチューブ複合体(電極部10b)を得ることができる。 Next, a carbon nanotube layer forming step (hereinafter referred to as a “CNT layer forming step”) for forming multi-walled carbon nanotubes 24 on the catalyst layer 13 of this laminate by a chemical vapor deposition (CVD) method. ). Thereby, the carbon nanotube composite (electrode portion 10b) shown in FIGS. 1 and 2 can be obtained.

尚、詳細は後述するが、このCNT層形成工程は、種触媒粒子23の表面の一部に多層カーボンナノチューブ24の成長の起点となる前駆体を形成する前駆体形成工程と、当該前駆体を起点として、多層カーボンナノチューブ24を成長させる多層カーボンナノチューブ成長工程(以下、「多層CNT成長工程」と称呼される。)と、に大別される。 Although the details will be described later, this CNT layer forming step includes a precursor forming step of forming a precursor that serves as a starting point for the growth of the multi-walled carbon nanotubes 24 on a part of the surface of the seed catalyst particle 23, and a step of forming the precursor. As a starting point, it is roughly divided into a multi-walled carbon nanotube growth step (hereinafter referred to as a “multi-walled CNT growth step”) for growing the multi-walled carbon nanotubes 24 .

(前駆体形成工程)
前駆体形成工程は、種触媒粒子23の加熱工程と、前駆体成長工程とに大別される。
(Precursor forming step)
The precursor forming process is roughly divided into a heating process of the seed catalyst particles 23 and a precursor growing process.

(種触媒粒子の加熱工程)
種触媒粒子23の加熱工程は、積層体の温度が第1温度範囲内になった状態で、所定時間保持する工程である。種触媒粒子23を第1温度範囲内で加熱することによって、種触媒粒子23を活性化させる(反応性を高める)と共に種触媒粒子23の凝集をある程度促進させることにより、種触媒粒子23の大きさを、多層カーボンナノチューブ24を成長させるのに適切な大きさまで増加させる。
(Heating step of seed catalyst particles)
The step of heating the seed catalyst particles 23 is a step of maintaining the temperature of the laminate within the first temperature range for a predetermined time. By heating the seed catalyst particles 23 within the first temperature range, the seed catalyst particles 23 are activated (increased in reactivity) and the aggregation of the seed catalyst particles 23 is promoted to some extent, thereby increasing the size of the seed catalyst particles 23. The height is increased to a size suitable for growing multi-walled carbon nanotubes 24 .

なお、第1温度範囲内であれば、所定保持温度で一定に保持することに限られず、所定保持温度から昇温又は降温を行ってもよく、昇温又は降温を行った後、更に、一定温度で保持、昇温、及び、降温の少なくとも一つを、1回以上行ってもよい。 As long as the temperature is within the first temperature range, the temperature is not limited to being kept constant at the predetermined holding temperature, and the temperature may be raised or lowered from the predetermined holding temperature. At least one of maintaining the temperature, raising the temperature, and lowering the temperature may be performed one or more times.

第1温度範囲は、450℃以上550℃以下から選ばれた温度範囲である。第1温度範囲の下限が、450℃より小さい場合、触媒の反応性が低くなるので、前駆体の成長性が低下してしまうことにより、多層カーボンナノチューブ24の成長性が低下してしまう。第1温度範囲の上限が、550℃より大きい場合、種触媒粒子23が凝集しすぎてしまうことにより、前駆体の成長性が低下してしまうことによって、多層カーボンナノチューブ24の成長性が低下してしまう。 The first temperature range is a temperature range selected from 450° C. or higher and 550° C. or lower. If the lower limit of the first temperature range is lower than 450° C., the reactivity of the catalyst will be low, and the growth of the precursor will be reduced, thereby reducing the growth of the multi-walled carbon nanotubes 24 . If the upper limit of the first temperature range is higher than 550° C., the seed catalyst particles 23 are excessively agglomerated, which reduces the growth of the precursor, thereby reducing the growth of the multi-walled carbon nanotubes 24 . end up

(前駆体成長工程)
前駆体成長工程は、種触媒粒子23の表面の一部に多層カーボンナノチューブ24の成長の起点となる前駆体を形成する工程である。ここで、前駆体とは、多層カーボンナノチューブ24が合成される前段階の物質、あるいは多層カーボンナノチューブ24が合成された初期段階の物質(なお、この物質は表層部24bが形成されていなくてもよい。)のことである。
(Precursor growth step)
The precursor growth step is a step of forming a precursor that serves as a starting point for growth of the multi-walled carbon nanotubes 24 on part of the surface of the seed catalyst particle 23 . Here, the precursor refers to a substance in a stage prior to synthesizing the multi-walled carbon nanotubes 24, or a substance in the initial stage of synthesizing the multi-walled carbon nanotubes 24 (this material may be used even if the surface layer portion 24b is not formed). good.)

前駆体成長工程では、炭素原料ガスを含む雰囲気下で積層体に対して加熱処理を行い、積層体の温度が第1温度範囲であるとき炭素原料ガスのガス流量を第1所定ガス流量にする。そして、第1温度範囲から多層カーボンナノチューブ合成温度範囲(以下、「多層CNT合成温度範囲」と称呼される。)まで加熱する(昇温させる)間、炭素原料ガスのガス流量を第1所定ガス流量にする。これにより、種触媒粒子23の表面の一部に多層カーボンナノチューブ24の成長の起点となる前駆体を形成する。 In the precursor growth step, the laminate is heat-treated in an atmosphere containing the carbon source gas, and when the temperature of the laminate is within the first temperature range, the gas flow rate of the carbon source gas is set to the first predetermined gas flow rate. . Then, while heating (raising the temperature) from the first temperature range to the multi-walled carbon nanotube synthesis temperature range (hereinafter referred to as “multi-walled CNT synthesis temperature range”), the gas flow rate of the carbon source gas is changed to the first predetermined gas to flow rate. As a result, a precursor that serves as a starting point for the growth of the multi-walled carbon nanotubes 24 is formed on part of the surface of the seed catalyst particle 23 .

第1所定ガス流量は、多層カーボンナノチューブ24の成長に適切な(必要な)前駆体を形成できる程度の量(後述の第2所定ガス流量に比べて少量)である。具体的に述べると、第1所定ガス流量としては、第2所定ガス流量の1/15倍(≒0.067倍)以上1/1.8倍(≒0.56倍)以下であることが好ましい(換言すると、第2所定ガス流量としては、第1所定ガス流量の1.8倍以上15.0倍以下であることが好ましい。)。 The first predetermined gas flow rate is an amount (smaller than the second predetermined gas flow rate, which will be described later) that can form a suitable (required) precursor for the growth of the multi-walled carbon nanotubes 24 . Specifically, the first predetermined gas flow rate is 1/15 times (≈0.067 times) or more and 1/1.8 times (≈0.56 times) or less than the second predetermined gas flow rate. It is preferable (in other words, the second predetermined gas flow rate is preferably 1.8 times or more and 15.0 times or less of the first predetermined gas flow rate).

第1所定ガス流量が第2所定ガス流量の1/15倍より少ない場合(換言すると、第2所定ガス流量が第1所定ガス流量の15.0倍より多い場合)、炭素原料ガスが少ないことにより、前駆体の成長性が低下してしまうことにより、多層カーボンナノチューブ24の成長性が低下してしまう可能性がある。 If the first predetermined gas flow rate is less than 1/15 times the second predetermined gas flow rate (in other words, if the second predetermined gas flow rate is greater than 15.0 times the first predetermined gas flow rate), the carbon source gas is less. As a result, there is a possibility that the growth of the multi-walled carbon nanotubes 24 will decrease due to the decrease in the growth of the precursor.

第1所定ガス流量が第2所定ガス流量の1/1.8倍より多い場合(換言すると、第2所定ガス流量が第1所定ガス流量の15.0倍より少ない場合)、昇温初期(例えば、600℃以下)に、炭素原料ガスの分解が過剰になることにより、過剰なアモルファスカーボン(スス)が種触媒粒子23の表面に堆積してしまう可能性がある。これにより、前駆体の成長性が低下してしまうことにより、多層カーボンナノチューブ24の成長性が低下してしまう可能性がある。 When the first predetermined gas flow rate is more than 1/1.8 times the second predetermined gas flow rate (in other words, when the second predetermined gas flow rate is less than 15.0 times the first predetermined gas flow rate), the initial temperature rise ( For example, at 600° C. or lower), excessive decomposition of the carbon raw material gas may cause excessive amorphous carbon (soot) to deposit on the surfaces of the seed catalyst particles 23 . As a result, there is a possibility that the growth of the multi-walled carbon nanotubes 24 will decrease due to the decrease in the growth of the precursor.

即ち、種触媒粒子23の内部への拡散速度(拡散係数)は、温度が高い程大きく、温度が低い程小さくなる傾向にある。従って、カーボンナノチューブの合成温度(600℃)より低い温度範囲では、炭素が種触媒粒子23内に拡散しにくくなり、過剰な炭素が種触媒粒子23の表面に堆積しやすくなってしまう。 That is, the rate of diffusion (diffusion coefficient) of the seed catalyst particles 23 into the inside tends to be higher as the temperature is higher and lower as the temperature is lower. Therefore, in a temperature range lower than the carbon nanotube synthesis temperature (600° C.), carbon becomes difficult to diffuse into the seed catalyst particles 23 , and excessive carbon tends to deposit on the surfaces of the seed catalyst particles 23 .

このため、カーボンナノチューブの合成温度より低い温度範囲内において、比較的多いガス流量にて、炭素原料ガスをチャンバー内に導入してしまうと、次の問題が生じる。 Therefore, if the carbon raw material gas is introduced into the chamber at a relatively large gas flow rate within a temperature range lower than the carbon nanotube synthesis temperature, the following problem occurs.

即ち、過剰な炭素(スス)が種触媒粒子23の表面に堆積してしまうことによって、種触媒粒子23の表面が厚いアモルファスカーボンで覆われてしまう。このような状態になると、炭素原料ガスが種触媒粒子23の表面に触れなくなることによって触媒の失活を招き、その結果、カーボンナノチューブの成長性が著しく低下してしまう。このため、多層カーボンナノチューブ24の成長に適切な前駆体(更に、これを起点として成長する多層カーボンナノチューブ24)を形成できなくなってしまう。 That is, excessive carbon (soot) deposits on the surfaces of the seed catalyst particles 23, and the surfaces of the seed catalyst particles 23 are covered with thick amorphous carbon. In such a state, the carbon raw material gas cannot contact the surfaces of the seed catalyst particles 23, thereby deactivating the catalyst, and as a result, the growth of carbon nanotubes is remarkably lowered. For this reason, it becomes impossible to form a suitable precursor for growing the multi-walled carbon nanotubes 24 (furthermore, the multi-walled carbon nanotubes 24 that grow starting from this).

典型的な炭素原料ガスの第1所定ガス流量としては、例えば、0.2SLM以上0.5SLM以下である。 A typical first predetermined gas flow rate of the carbon raw material gas is, for example, 0.2 SLM or more and 0.5 SLM or less.

(多層CNT成長工程)
多層CNT成長工程は、前駆体を起点として多層カーボンナノチューブ24を成長させる工程である。
(Multilayer CNT growth process)
The multi-walled CNT growth step is a step of growing multi-walled carbon nanotubes 24 starting from the precursor.

多層CNT成長工程では、積層体の温度が多層CNT合成温度範囲になったときに、炭素原料ガスのガス流量を、第1所定ガス流量から第2所定ガス流量に変更する。そして、積層体の温度が多層CNT合成温度範囲であるときに、炭素原料ガスのガス流量を、第2所定ガス流量とする。これにより、前駆体を起点として多層カーボンナノチューブ24を成長させる。 In the multilayer CNT growth step, when the temperature of the laminate reaches the multilayer CNT synthesis temperature range, the gas flow rate of the carbon source gas is changed from the first predetermined gas flow rate to the second predetermined gas flow rate. Then, when the temperature of the laminate is within the multilayer CNT synthesis temperature range, the gas flow rate of the carbon raw material gas is set to the second predetermined gas flow rate. As a result, multi-walled carbon nanotubes 24 are grown starting from the precursor.

なお、多層CNT合成温度範囲内であれば、所定保持温度で一定に保持することに限られず、所定保持温度から昇温又は降温を行ってもよく、昇温又は降温を行った後、更に、一定温度で保持、昇温、及び、降温の少なくとも一つを、1回以上行ってもよい。 As long as it is within the multi-layer CNT synthesis temperature range, it is not limited to being held constant at the predetermined holding temperature, and the temperature may be raised or lowered from the predetermined holding temperature, and after raising or lowering the temperature, At least one of holding at a constant temperature, raising the temperature, and lowering the temperature may be performed one or more times.

多層CNT合成温度範囲は、800℃以上850℃以下から選ばれた温度範囲である。多層CNT合成温度範囲の下限が、800℃より小さい場合、多層カーボンナノチューブ24の成長反応の反応性が低下してしまうことにより、多層カーボンナノチューブ24の成長性が低下してしまう。 The multilayer CNT synthesis temperature range is a temperature range selected from 800° C. or higher and 850° C. or lower. If the lower limit of the temperature range for synthesizing multi-walled CNTs is lower than 800° C., the reactivity of the multi-walled carbon nanotubes 24 growth reaction is lowered, and the growth of the multi-walled carbon nanotubes 24 is lowered.

多層CNT合成温度範囲の上限が、850℃より大きい場合、炭素原料ガスの分解が過剰になることにより、過剰なアモルファスカーボン(スス)が種触媒粒子23の表面に堆積してしまう。これにより、前駆体の成長性が低下してしまうことにより、多層カーボンナノチューブ24の成長性が低下してしまう。 If the upper limit of the multilayer CNT synthesis temperature range is higher than 850° C., excessive decomposition of the carbon source gas causes excessive amorphous carbon (soot) to deposit on the surfaces of the seed catalyst particles 23 . As a result, the growth of the precursor is lowered, and the growth of the multi-walled carbon nanotubes 24 is lowered.

第2所定ガス流量としては、第1所定ガス流量の1.8倍以上15.0倍以下であることが好ましい。第2所定ガス流量が第1所定ガス流量の1.8倍より少ない場合、炭素原料ガスが少ないことにより、多層カーボンナノチューブ24の成長性が低下してしまう可能性がある。 The second predetermined gas flow rate is preferably 1.8 to 15.0 times the first predetermined gas flow rate. If the second predetermined gas flow rate is less than 1.8 times the first predetermined gas flow rate, there is a possibility that the growth of the multi-walled carbon nanotubes 24 will deteriorate due to the insufficient amount of the carbon raw material gas.

第2所定ガス流量が第1所定ガス流量の15.0倍より多い場合、炭素原料ガスの分解が過剰になることにより、過剰なアモルファスカーボン(スス)が種触媒粒子23の表面に堆積してしまうことによって、多層カーボンナノチューブ24の成長性が低下してしまう可能性がある。 If the second predetermined gas flow rate is more than 15.0 times the first predetermined gas flow rate, excessive decomposition of the carbon raw material gas causes excessive amorphous carbon (soot) to deposit on the surfaces of the seed catalyst particles 23. There is a possibility that the growth properties of the multi-walled carbon nanotubes 24 may deteriorate due to the storage.

典型的な第2所定ガス流量としては、例えば、0.9SLM以上3.0SLM以下である。 A typical second predetermined gas flow rate is, for example, 0.9 SLM or more and 3.0 SLM or less.

<カーボンナノチューブ複合体の製造方法の詳細な説明>
以下、カーボンナノチューブ複合体の製造方法の各工程の詳細について説明する。以下では、導電性基材11として銅箔を用いた例について説明する。
<Detailed description of the method for producing a carbon nanotube composite>
Details of each step of the method for producing a carbon nanotube composite will be described below. An example using a copper foil as the conductive base material 11 will be described below.

(触媒層形成工程)
まず、例えば、導電性基材11として、矩形の一辺の一部から延びた部分(凸部)を有する銅箔を用意する。次に、銅箔(導電性基材11)上に、例えば、ディップコーティング法によって、多層カーボンナノチューブを形成させるための種触媒粒子23を担持することにより、触媒層13を形成する。
(Catalyst layer forming step)
First, for example, a copper foil having a portion (convex portion) extending from a part of one side of a rectangle is prepared as the conductive base material 11 . Next, a catalyst layer 13 is formed by supporting seed catalyst particles 23 for forming multi-walled carbon nanotubes on the copper foil (conductive substrate 11) by, for example, a dip coating method.

具体的に述べると、まず、種触媒粒子23を含む触媒混合液を、用意する。次に、ディップコーター(ディップコーティング装置)を用いて、銅箔を、触媒混合液に浸漬し、その後、銅箔を、一定の速度で触媒混合液から引き上げる。これにより、銅箔上に種触媒粒子23が担持され、銅箔の一主面及び他主面のそれぞれに種触媒粒子23が担持された積層体を得る。 Specifically, first, a catalyst mixture containing seed catalyst particles 23 is prepared. Next, using a dip coater (dip coating device), the copper foil is immersed in the catalyst mixed solution, and then the copper foil is pulled up from the catalyst mixed solution at a constant speed. As a result, a laminate in which the seed catalyst particles 23 are supported on the copper foil and the seed catalyst particles 23 are supported on each of the one main surface and the other main surface of the copper foil is obtained.

(CNT層形成工程)
次に、積層体をCVD装置(CVD炉)のチャンバー内に投入し、チャンバー内に投入されている積層体に対して、CVD法(例えば、熱CVD法等)により、触媒層13表面に多層カーボンナノチューブ24を生成する。即ち、チャンバー内に積層体を入れて、チャンバー内に炭素原料ガスを導入するとともに積層体を多層CNT合成温度まで加熱することにより、触媒層13表面に多層カーボンナノチューブ24を生成する。
(CNT layer forming step)
Next, the layered product is put into a chamber of a CVD apparatus (CVD furnace), and the layered product put into the chamber is subjected to a CVD method (for example, a thermal CVD method, etc.) to form a multilayer on the surface of the catalyst layer 13. A carbon nanotube 24 is produced. That is, the multi-walled carbon nanotubes 24 are generated on the surface of the catalyst layer 13 by placing the laminate in a chamber, introducing a carbon source gas into the chamber, and heating the laminate to the temperature for synthesizing multi-walled CNTs.

図4に示されるように、CNT層形成工程は、前駆体形成工程と、多層CNT成長工程とに大別され、前駆体形成工程と、多層CNT成長工程とをこの順で行うことにより、触媒層13上に、CNT層14を形成する。 As shown in FIG. 4, the CNT layer forming process is roughly divided into a precursor forming process and a multilayer CNT growing process. A CNT layer 14 is formed on the layer 13 .

(前駆体形成工程)
(種触媒粒子の加熱工程))
まず、積層体を、例えば、CVD装置のチャンバー内に投入する。次に、チャンバー内にキャリアガス(窒素ガス等の不活性ガス)を導入して、窒素ガス雰囲気等の不活性ガス雰囲気下で、チャンバー内の雰囲気を加熱することにより、積層体の温度(表面温度)を室温から第1ガス導入温度tg1まで昇温させる。そして、第1ガス導入温度tg1にて、所定時間保持させる。第1ガス導入温度tg1は、450℃以上550℃以下から選ばれる温度(例えば、tg1=500℃)である。
(Precursor forming step)
(Heating step of seed catalyst particles))
First, the layered product is put into, for example, a chamber of a CVD apparatus. Next, a carrier gas (inert gas such as nitrogen gas) is introduced into the chamber, and the atmosphere in the chamber is heated under an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas atmosphere, thereby increasing the temperature of the laminate (surface temperature) is raised from room temperature to the first gas introduction temperature tg1. Then, the first gas introduction temperature tg1 is maintained for a predetermined time. The first gas introduction temperature tg1 is a temperature selected from 450° C. or higher and 550° C. or lower (for example, tg1=500° C.).

(前駆体成長工程)
所定時間保持後、チャンバー内にキャリアガスと反応ガス(アセチレン(C)ガス等の炭化水素ガス等の炭素原料ガス)を、導入する。この時点の積層体の温度は、第1ガス導入温度tg1である。このとき、炭素原料ガスのガス流量が第1所定ガス流量M1(例えば、M1=0.3SLM)になるように導入する。
(Precursor growth step)
After holding for a predetermined time, a carrier gas and a reaction gas (a carbon source gas such as a hydrocarbon gas such as an acetylene (C 2 H 2 ) gas) are introduced into the chamber. The temperature of the laminate at this time is the first gas introduction temperature tg1. At this time, the carbon raw material gas is introduced so that the gas flow rate becomes the first predetermined gas flow rate M1 (for example, M1=0.3 SLM).

炭素原料ガス導入と同時にチャンバー内の雰囲気を加熱して積層体の温度(表面温度)を、第1ガス導入温度tg1から多層カーボンナノチューブ合成温度tg2(以下、「多層CNT合成温度tg2」と称呼される。)まで昇温を継続させる。多層CNT合成温度tg2は、800℃以上850℃以下から選ばれる温度(例えば、tg2=850℃)である。 Simultaneously with the introduction of the carbon source gas, the atmosphere in the chamber is heated to change the temperature (surface temperature) of the laminate from the first gas introduction temperature tg1 to the multi-walled carbon nanotube synthesis temperature tg2 (hereinafter referred to as "multi-walled CNT synthesis temperature tg2"). Continue to raise the temperature until the The multilayer CNT synthesis temperature tg2 is a temperature selected from 800° C. or higher and 850° C. or lower (for example, tg2=850° C.).

この場合、積層体の温度が第1ガス導入温度tg1(例えば、tg1=500℃等)から多層CNT合成温度tg2(例えば、tg2=850℃)に昇温されるまでの間、炭素原料ガスのガス流量が、第1所定ガス流量M1になる。 In this case, until the temperature of the laminate rises from the first gas introduction temperature tg1 (for example, tg1=500° C.) to the multilayer CNT synthesis temperature tg2 (for example, tg2=850° C.), the carbon source gas The gas flow rate becomes the first predetermined gas flow rate M1.

昇温の初期において、チャンバー内に供給された炭素原料ガスは、チャンバー内で熱分解する。気相中や炭素原料ガスが種触媒粒子23の表面上で分解したりすることにより炭素が生成される。生成した炭素は、銅箔の表面に担持された種触媒粒子23の内部へ拡散して固溶する。種触媒粒子23内に固溶した炭素の濃度が所定濃度(炭素の種触媒粒子23への固溶限界濃度)以上にまで上昇すると、種触媒粒子23から「カーボンナノチューブ(多層カーボンナノチューブ)の成長の起点となる炭素構造体(前駆体)」が析出する。 At the initial stage of temperature rise, the carbon source gas supplied into the chamber is thermally decomposed within the chamber. Carbon is generated in the gas phase or by decomposition of the carbon source gas on the surfaces of the seed catalyst particles 23 . The generated carbon diffuses into the seed catalyst particles 23 supported on the surface of the copper foil and forms a solid solution. When the concentration of carbon dissolved in the seed catalyst particles 23 rises to a predetermined concentration (limit concentration of solid solution of carbon in the seed catalyst particles 23) or higher, the growth of carbon nanotubes (multi-walled carbon nanotubes) from the seed catalyst particles 23 A carbon structure (precursor) that serves as the starting point of the is deposited.

この炭素構造体(前駆体)は、カーボンナノチューブの成長の初期段階に生じる略半球状の炭素構造体であり、例えば、炭素の6員環及び5員環を含む略半球状のキャップ構造を有する炭素構造体である。「カーボンナノチューブの成長の起点となる炭素構造体(前駆体)」が表面に形成された種触媒粒子23は、加熱による凝集が抑制される。従って、積層体の温度を第1ガス導入温度tg1から多層CNT合成温度tg2まで昇温するときに、種触媒粒子23の凝集が抑制されるため、カーボンナノチューブの成長性が低くなることを抑制できる。 This carbon structure (precursor) is a substantially hemispherical carbon structure generated in the initial stage of carbon nanotube growth, and has, for example, a substantially hemispherical cap structure containing six- and five-membered rings of carbon. It is a carbon structure. The seed catalyst particles 23 having the “carbon structures (precursors) serving as starting points for the growth of carbon nanotubes” formed on their surfaces are suppressed from agglomerating due to heating. Therefore, when the temperature of the laminate is raised from the first gas introduction temperature tg1 to the multilayer CNT synthesis temperature tg2, aggregation of the seed catalyst particles 23 is suppressed, thereby suppressing a decrease in growth of carbon nanotubes. .

即ち、積層体の温度を第1ガス導入温度tg1から多層CNT合成温度tg2まで昇温するときに、カーボンナノチューブが合成される合成温度(例えば、600℃以上)に到達した時点で、カーボンナノチューブの成長に必要な炭素原料ガスの導入を開始すると、次の問題が生じてしまう。 That is, when the temperature of the laminate is raised from the first gas introduction temperature tg1 to the multi-layered CNT synthesis temperature tg2, when the temperature reaches the synthesis temperature (for example, 600° C. or higher) at which the carbon nanotubes are synthesized, the carbon nanotubes are formed. When the introduction of the carbon source gas required for growth is started, the following problem arises.

即ち、カーボンナノチューブ合成温度より低い温度範囲で種触媒粒子23の凝集が生じて種触媒粒子23が粗大化しすぎてしまうので、カーボンナノチューブの成長が妨げられてしまう。一般的に、種触媒粒子23が凝集して粗大化しすぎた場合、カーボンナノチューブの成長性が悪くなることが知られている(尚、種触媒粒子23にカーボンナノチューブがある程度成長した状態であれば、種触媒粒子23の凝集は抑制される。)。従って、カーボンナノチューブが合成される合成温度(例えば600℃)に到達した時点で、初めてカーボンナノチューブの成長に必要な炭素原料ガスを導入すると、種触媒粒子23の凝集によってカーボンナノチューブの成長が妨げられてしまう。 That is, since the seed catalyst particles 23 aggregate in a temperature range lower than the carbon nanotube synthesis temperature and become too coarse, the growth of the carbon nanotubes is hindered. In general, it is known that when the seed catalyst particles 23 aggregate and become too coarse, the growth of carbon nanotubes deteriorates. , the aggregation of the seed catalyst particles 23 is suppressed.). Therefore, when the carbon raw material gas required for the growth of carbon nanotubes is introduced for the first time when the synthesis temperature (for example, 600° C.) at which carbon nanotubes are synthesized is reached, the growth of the carbon nanotubes is hindered by aggregation of the seed catalyst particles 23 . end up

これに対して、前駆体成長工程では、第1ガス導入温度tg1からカーボンナノチューブ合成温度(600℃)までの間の種触媒粒子23の凝集がより促進される温度範囲で、「カーボンナノチューブ(多層カーボンナノチューブ)の成長の起点となる炭素構造体(前駆体)」が種触媒粒子23の表面に形成されている。これにより、カーボンナノチューブ合成温度までに昇温するときに生じる種触媒粒子23の凝集が抑制され、カーボンナノチューブの成長性が低くなることを抑制できる。 On the other hand, in the precursor growth step, the temperature range from the first gas introduction temperature tg1 to the carbon nanotube synthesis temperature (600° C.) in which the aggregation of the seed catalyst particles 23 is further promoted, the “carbon nanotube (multi-layer A carbon structure (precursor) that serves as a starting point for the growth of carbon nanotubes) is formed on the surface of the seed catalyst particle 23 . This suppresses aggregation of the seed catalyst particles 23 that occurs when the temperature is raised to the carbon nanotube synthesis temperature, and suppresses a decrease in growth of the carbon nanotubes.

前駆体成長工程では、積層体の温度が、第1ガス導入温度tg1(第1温度範囲)から多層CNT合成温度tg2(多層CNT合成温度範囲)まで昇温したときの炭素原料ガスのガス流量が、第1所定ガス流量M1となる。これにより、「カーボンナノチューブの成長の起点となる炭素構造体(前駆体)」を形成できる。なお、この前駆体の時点では、表層部24bは形成されていない。 In the precursor growth step, the gas flow rate of the carbon source gas when the temperature of the laminate rises from the first gas introduction temperature tg1 (first temperature range) to the multilayer CNT synthesis temperature tg2 (multilayer CNT synthesis temperature range) is , the first predetermined gas flow rate M1. As a result, a "carbon structure (precursor) that serves as a starting point for the growth of carbon nanotubes" can be formed. Note that the surface layer portion 24b is not formed at the time of this precursor.

前駆体を形成した後に、前駆体から第2所定ガス流量で多層カーボンナノチューブを成長させることにより、表層部24bを含む多層カーボンナノチューブを得ることができる(表層部24bを形成できる。)。 After forming the precursor, by growing multi-walled carbon nanotubes from the precursor at a second predetermined gas flow rate, multi-walled carbon nanotubes including the surface layer portion 24b can be obtained (the surface layer portion 24b can be formed).

(多層カーボンナノチューブ(CNT)成長工程)
積層体の温度が、多層CNT合成温度tg2に到達した時点で、チャンバー内にキャリアガスと反応ガス(炭素原料ガス)とを、炭素原料ガスのガス流量が第2所定ガス流量M2(例えば、M2=3.0SLM)になるように導入する。そして、積層体の温度をその多層CNT合成温度tg2で所定時間保持する。
(Multiwalled carbon nanotube (CNT) growth process)
When the temperature of the laminate reaches the multilayer CNT synthesis temperature tg2, a carrier gas and a reaction gas (carbon raw material gas) are introduced into the chamber, and the gas flow rate of the carbon raw material gas is set to a second predetermined gas flow rate M2 (for example, M2 = 3.0 SLM). Then, the temperature of the laminate is held at the multilayer CNT synthesis temperature tg2 for a predetermined time.

種触媒粒子23の表面に形成された前駆体を起点として、多層カーボンナノチューブ24が種触媒粒子23から成長する。これにより、触媒層13から成長した多層カーボンナノチューブ24が形成される(即ち、触媒層13上にCNT層14が形成される。)。なお、表層部24bの形成メカニズムは、主に種触媒粒子23から成長した主体部24aの表面で炭素原料ガスが反応することにより形成されると考えられるが、主体部24aとともに種触媒粒子23から成長する場合も考えられる。 Multi-walled carbon nanotubes 24 grow from the seed catalyst particles 23 starting from the precursor formed on the surface of the seed catalyst particles 23 . As a result, the multi-walled carbon nanotubes 24 grown from the catalyst layer 13 are formed (that is, the CNT layer 14 is formed on the catalyst layer 13). The surface layer portion 24b is formed mainly by the reaction of the carbon source gas on the surface of the main portion 24a grown from the seed catalyst particles 23. Growth is also possible.

以上説明した本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ電極によれば、主体部24aに比べて、リチウムイオン吸蔵特性に優れた表層部24bを備える。更に、導電性基材11に担持させた種触媒粒子23から多層カーボンナノチューブ24を成長させることにより、導電性基材11に対する密着性が比較的優れたCNT層14を得ることができる。これにより、活物質を導電性基材11(集電体)に密着させるためのバインダを使用しない(含まない)電極(カーボンナノチューブ電極体)を得ることができる。これらの結果、負極容量を向上することができる。 According to the carbon nanotube electrode according to the embodiment of the present invention described above, the surface layer portion 24b is provided with superior lithium ion absorption characteristics compared to the main portion 24a. Furthermore, by growing the multi-walled carbon nanotubes 24 from the seed catalyst particles 23 supported on the conductive substrate 11, the CNT layer 14 having relatively excellent adhesion to the conductive substrate 11 can be obtained. This makes it possible to obtain an electrode (carbon nanotube electrode body) that does not use (contain) a binder for adhering the active material to the conductive substrate 11 (current collector). As a result, the negative electrode capacity can be improved.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited only to these examples.

<実施例1>
矩形の平面形状に切り出された銅箔(厚さ20μm)の一主面上に、矩形状に触媒層13(Fe種触媒粒子)/CNT層14を形成することによって、実施例1のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Example 1>
The carbon nanotubes of Example 1 were formed by forming a catalyst layer 13 (Fe seed catalyst particles)/CNT layer 14 in a rectangular shape on one main surface of a copper foil (20 μm thick) cut into a rectangular planar shape. A composite was produced.

まず、以下の「触媒層形成工程」を行うことによって、銅箔上に触媒層を形成した積層体を得た。 First, a laminate having a catalyst layer formed on a copper foil was obtained by performing the following "catalyst layer forming step".

(触媒層形成工程)
銅箔の一主面及び他主面のそれぞれにFe(鉄)種触媒粒子(平均粒径5nm)を担持することにより、触媒層を形成した。まず、銅箔を、ディップコーターによって、コーティング液に浸漬させた。コーティング液は、へプタン中にFe種触媒粒子を分散させることにより、調製した。次に、コーティング液から銅箔を引き上げた。これにより、銅箔の表面に担持されたFe種触媒で構成された触媒層(厚さ20nm)が形成された積層体を得た。即ち、銅箔の表面にFe種触媒粒子が担持された積層体を得た。
(Catalyst layer forming step)
A catalyst layer was formed by carrying Fe (iron) seed catalyst particles (average particle size: 5 nm) on each of one main surface and the other main surface of the copper foil. First, the copper foil was immersed in the coating liquid using a dip coater. A coating liquid was prepared by dispersing Fe seed catalyst particles in heptane. Next, the copper foil was pulled up from the coating liquid. As a result, a laminate was obtained in which a catalyst layer (thickness: 20 nm) composed of the Fe-type catalyst supported on the surface of the copper foil was formed. That is, a laminate was obtained in which the Fe-type catalyst particles were carried on the surface of the copper foil.

(CNT層形成工程)
(前駆体形成工程)
(種触媒粒子の加熱工程)
次に、この積層体を、CVD装置のチャンバー内の所定位置にセットした後、蓋をして、10Paまで真空引きを行った。次に、CVD装置のチャンバー内にキャリアガスとして、窒素ガスを5SLM導入し、圧力を90kPaになるまで調整した。
(CNT layer forming step)
(Precursor forming step)
(Heating step of seed catalyst particles)
Next, after setting this laminate at a predetermined position in the chamber of the CVD apparatus, the chamber was covered and evacuated to 10 Pa. Next, 5 SLM of nitrogen gas was introduced as a carrier gas into the chamber of the CVD apparatus, and the pressure was adjusted to 90 kPa.

その後、図5に示されるように、室温(RT)から積層体の温度(表面温度)が500℃(第1ガス導入温度tg1)になるまでチャンバー内の雰囲気を加熱して積層体の温度を一定の昇温速度にて昇温させた。その後、同じ温度(500℃)で600秒保持した。 Thereafter, as shown in FIG. 5, the atmosphere in the chamber is heated from room temperature (RT) until the temperature (surface temperature) of the laminate reaches 500° C. (the first gas introduction temperature tg1), thereby lowering the temperature of the laminate. The temperature was raised at a constant heating rate. After that, the same temperature (500° C.) was held for 600 seconds.

(前駆体成長工程)
その後、アセチレンガス(Cガス)及びキャリアガス(窒素ガス)を、Cガス:キャリアガス=0.3SLM(第1所定ガス流量M1):5SLMのガス流量で、チャンバー内に導入した。ガス導入と同時に、500℃(第1ガス導入温度tg1)から一定の昇温速度にて、500秒間、積層体の温度が850℃(多層CNT合成温度tg2))になるまで、チャンバー内の雰囲気を加熱して昇温させた。これにより、種触媒粒子の表面に多層カーボンナノチューブの前駆体を形成した。
(Precursor growth step)
After that, acetylene gas (C 2 H 2 gas) and carrier gas (nitrogen gas) were introduced into the chamber at a gas flow rate of C 2 H 2 gas: carrier gas = 0.3 SLM (first predetermined gas flow rate M1): 5 SLM. introduced. Simultaneously with the introduction of the gas, the atmosphere in the chamber was heated from 500°C (first gas introduction temperature tg1) at a constant heating rate for 500 seconds until the temperature of the laminate reached 850°C (multilayer CNT synthesis temperature tg2). was heated to raise the temperature. As a result, a multi-walled carbon nanotube precursor was formed on the surface of the seed catalyst particles.

(多層CNT成長工程)
その後、積層体の温度が850℃(多層CNT合成温度tg2)に到達した時に、アセチレンガス(Cガス)及びキャリアガス(窒素ガス)を、Cガス:キャリアガス=3.0SLM(第2所定ガス流量M2):17SLMのガス流量で、チャンバー内に導入した。
(Multilayer CNT growth process)
After that, when the temperature of the laminated body reached 850° C. (multilayer CNT synthesis temperature tg2), acetylene gas (C 2 H 2 gas) and carrier gas (nitrogen gas) were mixed with C 2 H 2 gas:carrier gas=3. 0 SLM (second predetermined gas flow rate M2): introduced into the chamber at a gas flow rate of 17 SLM.

その後、同じ温度(850℃)で2500秒保持することにより、積層体の銅箔の表面に、多層カーボンナノチューブを形成した。以上により、実施例1のカーボンナノチューブ複合体を作製した。 Thereafter, the same temperature (850° C.) was maintained for 2500 seconds to form multi-walled carbon nanotubes on the surface of the copper foil of the laminate. As described above, a carbon nanotube composite of Example 1 was produced.

<実施例2>
多層CNT成長工程におけるアセチレンガスの第2所定ガス流量M2を0.9SLMに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Example 2>
A carbon nanotube composite of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1, except that the second predetermined gas flow rate M2 of the acetylene gas in the multilayer CNT growth step was changed to 0.9 SLM.

<比較例1>
多層CNT成長工程におけるアセチレンガスの第2所定ガス流量M2を0.3SLMに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Comparative Example 1>
A carbon nanotube composite of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1, except that the second predetermined gas flow rate M2 of the acetylene gas in the multilayer CNT growth step was changed to 0.3 SLM.

<比較例2>
触媒層形成工程及びCNT層形成工程を次のように変えたこと以外は、実施例1と同様にして、比較例2のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Comparative Example 2>
A carbon nanotube composite of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1, except that the catalyst layer forming step and the CNT layer forming step were changed as follows.

(触媒層形成工程)
Fe(鉄)種触媒粒子(平均粒径5nm)に代えて、Fe(鉄)種触媒粒子(平均粒径25nm)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、銅箔の表面にFe種触媒粒子が担持された積層体を得た。
(Catalyst layer forming step)
In the same manner as in Example 1, except that Fe (iron) seed catalyst particles (average particle size 25 nm) were used instead of Fe (iron) seed catalyst particles (average particle size 5 nm). A laminate carrying the Fe seed catalyst particles was obtained.

(CNT層形成工程)
積層体を、CVD装置のチャンバー内の所定位置にセットした後、蓋をして、10Paまで真空引きを行った。次に、CVD装置のチャンバー内にキャリアガスとして、窒素ガスを5SLM導入し、圧力を90kPaになるまで調整した。
(CNT layer forming step)
After the laminate was set at a predetermined position in the chamber of the CVD apparatus, the chamber was covered and evacuated to 10 Pa. Next, 5 SLM of nitrogen gas was introduced as a carrier gas into the chamber of the CVD apparatus, and the pressure was adjusted to 90 kPa.

その後、図6に示されるように、室温から一定の昇温速度にて積層体の温度(表面温度)が850℃になるまでチャンバー内の雰囲気を加熱して積層体の温度を昇温させた。 Thereafter, as shown in FIG. 6, the temperature of the laminate was raised by heating the atmosphere in the chamber until the temperature (surface temperature) of the laminate reached 850° C. from room temperature at a constant heating rate. .

(CNT成長工程)
その後、積層体の温度が850℃に到達した時に、その温度で、アセチレンガス(Cガス)及びキャリアガス(窒素ガス)を、Cガス:キャリアガス=0.3SLM:17SLMのガス流量で、チャンバー内に導入した。
(CNT growth process)
After that, when the temperature of the laminate reached 850° C., acetylene gas (C 2 H 2 gas) and carrier gas (nitrogen gas) were added at that temperature, C 2 H 2 gas:carrier gas=0.3 SLM:17 SLM. was introduced into the chamber at a gas flow rate of

その後、同じ温度(850)で2500秒保持することにより、積層体の銅箔の表面に、多層カーボンナノチューブを形成した。以上により、比較例2のカーボンナノチューブ複合体を作製した。 Thereafter, the same temperature (850) was maintained for 2500 seconds to form multi-walled carbon nanotubes on the surface of the copper foil of the laminate. As described above, a carbon nanotube composite of Comparative Example 2 was produced.

<比較例3>
CNT成長工程における積層体の温度が850℃に到達した時に導入するアセチレンガスの流量を、3.0SLMに変更したこと以外は、比較例2と同様にして、比較例3のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Comparative Example 3>
A carbon nanotube composite of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Comparative Example 2, except that the flow rate of the acetylene gas introduced when the temperature of the laminate reached 850 ° C. in the CNT growth process was changed to 3.0 SLM. made.

(評価)
(カーボンナノチューブの形成状態の観察)
実施例1~実施例2及び比較例1~比較例3の各カーボンナノチューブ複合体のカーボンナノチューブについて、SEM(Scanning Electron Microscope)及びTEM(Transmission Electron Microscope)を用いてカーボンナノチューブの形成状態を観察した。そのときのSEM像及びTEM像を図7~図10に示す。
(evaluation)
(Observation of state of carbon nanotube formation)
For the carbon nanotubes of each of the carbon nanotube composites of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3, the state of formation of the carbon nanotubes was observed using a SEM (Scanning Electron Microscope) and a TEM (Transmission Electron Microscope). . SEM images and TEM images at that time are shown in FIGS.

更に、実施例1及び比較例1のTEM像を逆フーリエ変換することによりFFT画像(電子回折像)を取得して、炭素002面による回折スポットを確認した。実施例1及び比較例1のFFT画像を、図11に示す。 Furthermore, FFT images (electron diffraction images) were obtained by subjecting the TEM images of Example 1 and Comparative Example 1 to inverse Fourier transform, and diffraction spots due to the carbon 002 plane were confirmed. FFT images of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIG.

図7~図10に示されるように、実施例1及び実施例2のTEM像によれば、領域R11及び領域R12に、主体部24aに対応する部分(R11)と、表層部24bに対応する部分(R12)とに外観上の違いが確認できた。即ち、主体部24aと異なる表層部24bの形成が確認できた。これに対して、比較例1及び比較例2は、表層部24bの形成が確認できなかった。 As shown in FIGS. 7 to 10, according to the TEM images of Examples 1 and 2, a portion (R11) corresponding to the main portion 24a and a portion (R11) corresponding to the surface layer portion 24b are included in the region R11 and the region R12. A difference in appearance from the portion (R12) was confirmed. That is, the formation of the surface layer portion 24b different from the main portion 24a was confirmed. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, formation of the surface layer portion 24b could not be confirmed.

図11に示されるように、実施例1のFFT画像では、実施例1の主体部24aに対応するとみなすことができる比較例1の回折スポットS2a及びS2b並びにS3a及びS3bに比べて形状が伸びた回折スポットS1a及びS1bが確認された。即ち、主体部24a及び表層部24bとの物性の違いが確認できた。 As shown in FIG. 11, in the FFT image of Example 1, the shape of the diffraction spots S2a and S2b and S3a and S3b of Comparative Example 1, which can be regarded as corresponding to the main body portion 24a of Example 1, is elongated. Diffraction spots S1a and S1b were confirmed. That is, a difference in physical properties between the main body portion 24a and the surface layer portion 24b was confirmed.

(CNT量(mg/cm)の測定)
銅箔上に形成したCNT層14の単位面積当たりの多層カーボンナノチューブ(比較例は多層カーボンナノチューブ)の質量(mg/cm)をCNT量(mg/cm)として測定した。
(Measurement of CNT amount (mg/cm 2 ))
The mass (mg/cm 2 ) of multi-walled carbon nanotubes (multi-walled carbon nanotubes in the comparative example) per unit area of the CNT layer 14 formed on the copper foil was measured as the CNT amount (mg/cm 2 ).

(CNT高さの測定、CNT径の測定、主体部及び表層部の各厚さ、並びに、厚さ倍率の測定)
SEM像又はTEM像に基づき、CNT高さ、CNT径、主体部及び表層部の各厚さ、並びに、厚さ倍率を測定した。なお、厚さ倍率は、主体部の厚さに対する表層部の厚さ(即ち、厚さ倍率=表層部の厚さ÷主体部の厚さ)である。
(Measurement of CNT height, measurement of CNT diameter, thickness of each main part and surface layer, and measurement of thickness magnification)
Based on the SEM image or TEM image, the CNT height, CNT diameter, thickness of the main portion and surface layer portion, and thickness magnification were measured. The thickness ratio is the thickness of the surface layer portion relative to the thickness of the main portion (that is, thickness ratio = thickness of surface portion/thickness of main portion).

(容量測定)
作製したカーボンナノチューブ複合体(即ち、負極)を用いてコインセルを作製した。作製したカーボンナノチューブ複合体を負極として、更に、対極としては、金属リチウムを用いた。
(capacitance measurement)
A coin cell was produced using the produced carbon nanotube composite (that is, the negative electrode). The produced carbon nanotube composite was used as a negative electrode, and metallic lithium was used as a counter electrode.

円盤状の作用極及び対極(電極面積:1.77cm)で、円盤状のポリエチレン製のセパレータ(多孔質フィルム)を挟んだ積層体を、SUS製の円盤型電池ケース(CR2032型コインセルケース)に挿入した。次に、その電池ケース内に電解液を1mL注入し、積層体を電解液に浸漬した後、電池ケースを密閉することにより、コインセルを作製した。 A disc-shaped working electrode and a counter electrode (electrode area: 1.77 cm 2 ) sandwiching a disc-shaped polyethylene separator (porous film) was placed in a SUS disc-shaped battery case (CR2032 type coin cell case). inserted into the Next, 1 mL of the electrolytic solution was injected into the battery case, the laminate was immersed in the electrolytic solution, and the battery case was sealed to prepare a coin cell.

コインセルを25℃の温度にて、充電電圧3.8V、1mAの充電電流で定電流定電圧充電を行った後、1mAの放電電流で放電を行ったときの放電容量を測定した。測定した放電容量を、カーボンナノチューブ複合体に含まれる多層カーボンナノチューブの質量で割ることにより、容量(負極容量)(mAh/g)を求めた。 A coin cell was charged at a temperature of 25° C. with a charging voltage of 3.8 V and a charging current of 1 mA, and then discharged with a discharging current of 1 mA to measure the discharge capacity. The capacity (negative electrode capacity) (mAh/g) was determined by dividing the measured discharge capacity by the mass of the multi-walled carbon nanotubes contained in the carbon nanotube composite.

実施例及び比較例の製造プロセスを表1に示し、評価結果を表2に示す。なお、比較例3は、種触媒粒子の凝集及びアセチレンガスの供給量が多すぎたので、目視にてCNTがまばらに点在していることを確認した。即ち、カーボンナノチューブの成長性が悪く、評価不可と判断した。 Table 1 shows the manufacturing processes of Examples and Comparative Examples, and Table 2 shows the evaluation results. In Comparative Example 3, it was confirmed visually that CNTs were sparsely scattered because the seed catalyst particles aggregated and the amount of acetylene gas supplied was too large. That is, the growth of carbon nanotubes was poor, and it was determined that the evaluation was not possible.

Figure 0007163645000001
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Figure 0007163645000002
Figure 0007163645000002

<実施例3-1~実施例3-4及び比較例3-1~比較例3-2>
以下に説明するように、第1ガス導入温度tg1を種々の温度に変えた実施例3-1~実施例3-4及び比較例3-1~比較例3-2を作製した。
<Examples 3-1 to 3-4 and Comparative Examples 3-1 to 3-2>
As described below, Examples 3-1 to 3-4 and Comparative Examples 3-1 to 3-2 were produced by changing the first gas introduction temperature tg1 to various temperatures.

<実施例3-1>
実施例1と同様にして、実施例3-1のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Example 3-1>
A carbon nanotube composite of Example 3-1 was produced in the same manner as in Example 1.

<実施例3-2>
前駆体形成工程における第1ガス導入温度tg1を450℃に変更したこと以外は、実施例3-1と同様にして、実施例3-2のカーボンナノチューブの複合体を作製した。
<Example 3-2>
A carbon nanotube composite of Example 3-2 was produced in the same manner as in Example 3-1, except that the first gas introduction temperature tg1 in the precursor forming step was changed to 450°C.

<実施例3-3>
前駆体形成工程における第1ガス導入温度tg1を470℃に変更したこと以外は、実施例3-1と同様にして、実施例3-3のカーボンナノチューブの複合体を作製した。
<Example 3-3>
A carbon nanotube composite of Example 3-3 was produced in the same manner as in Example 3-1, except that the first gas introduction temperature tg1 in the precursor forming step was changed to 470°C.

<実施例3-4>
前駆体形成工程における第1ガス導入温度tg1を550℃に変更したこと以外は、実施例3-1と同様にして、実施例3-4のカーボンナノチューブの複合体を作製した。
<Example 3-4>
A carbon nanotube composite of Example 3-4 was produced in the same manner as in Example 3-1, except that the first gas introduction temperature tg1 in the precursor forming step was changed to 550°C.

<比較例3-1>
前駆体形成工程における第1ガス導入温度tg1を400℃に変更したこと以外は、実施例3-1と同様にして、実施例3-2のカーボンナノチューブの複合体を作製した。
<Comparative Example 3-1>
A carbon nanotube composite of Example 3-2 was produced in the same manner as in Example 3-1, except that the first gas introduction temperature tg1 in the precursor forming step was changed to 400°C.

<比較例3-2>
前駆体形成工程における第1ガス導入温度tg1を600℃に変更したこと以外は、実施例3-2と同様にして、実施例3-2のカーボンナノチューブの複合体を作製した。
<Comparative Example 3-2>
A carbon nanotube composite of Example 3-2 was produced in the same manner as in Example 3-2, except that the first gas introduction temperature tg1 in the precursor forming step was changed to 600°C.

(評価)
(CNT長さの測定)
前駆体形成工程が終了した時点の種触媒粒子から成長したCNT(前駆体)の長さを、CNT長さとして測定した。CNT長さは、SEM像から求めた。
(evaluation)
(Measurement of CNT length)
The length of the CNTs (precursor) grown from the seed catalyst particles at the time when the precursor forming step was completed was measured as the CNT length. CNT length was obtained from the SEM image.

実施例3-1~実施3-4及び比較例3-1~比較例3-2の製造プロセスを表3に示し、各実施例及び各比較例のCNT長さの測定結果を図12に示す。 The production processes of Examples 3-1 to 3-4 and Comparative Examples 3-1 to 3-2 are shown in Table 3, and the measurement results of the CNT length of each Example and each Comparative Example are shown in FIG. .

Figure 0007163645000003
Figure 0007163645000003

図12に示されるように、実施例3-1から実施例3-4によれば、多層カーボンナノチューブを成長させるために適切な前駆体を生成できた。これに対して、比較例3-1~比較例3-2によれば、多層カーボンナノチューブを成長させるために適切な前駆体を成長させることができなかった。以上のことから、第1ガス導入温度tg1は、450℃以上550℃以下の範囲が好ましいことが確認できた。 As shown in FIG. 12, according to Examples 3-1 to 3-4, precursors suitable for growing multi-walled carbon nanotubes could be produced. In contrast, according to Comparative Examples 3-1 and 3-2, it was not possible to grow a suitable precursor for growing multi-walled carbon nanotubes. From the above, it has been confirmed that the first gas introduction temperature tg1 is preferably in the range of 450° C. or more and 550° C. or less.

<実施例4-1~実施例4-4、比較例4-1~比較例4-2>
以下に説明するように、第1ガス導入温度tg1で導入するアセチレン流量を種々に変えた実施例4-1~実施例4-4及び比較例4-1~比較例4-2を作製した。
<Examples 4-1 to 4-4, Comparative Examples 4-1 to 4-2>
As described below, Examples 4-1 to 4-4 and Comparative Examples 4-1 to 4-2 were produced by varying the flow rate of acetylene introduced at the first gas introduction temperature tg1.

<実施例4-1>
実施例1と同様にして、実施例4-1のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Example 4-1>
A carbon nanotube composite of Example 4-1 was produced in the same manner as in Example 1.

<実施例4-2>
前駆体形成工程におけるアセチレンガスの第1所定ガス流量M1を、0.2SLMに変更したこと以外は、実施例4-1と同様にして、実施例4-2のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Example 4-2>
A carbon nanotube composite of Example 4-2 was produced in the same manner as in Example 4-1, except that the first predetermined gas flow rate M1 of the acetylene gas in the precursor forming step was changed to 0.2 SLM.

<実施例4-3>
前駆体形成工程におけるアセチレンガスの第1所定ガス流量M1を、0.4SLMに変更したこと以外は、実施例4-1と同様にして、実施例4-3のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Example 4-3>
A carbon nanotube composite of Example 4-3 was produced in the same manner as in Example 4-1, except that the first predetermined gas flow rate M1 of the acetylene gas in the precursor forming step was changed to 0.4 SLM.

<実施例4-4>
前駆体形成工程におけるアセチレンガスの第1所定ガス流量M1を、0.5SLMに変更したこと以外は、実施例4-1と同様にして、実施例4-4のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Example 4-4>
A carbon nanotube composite of Example 4-4 was produced in the same manner as in Example 4-1, except that the first predetermined gas flow rate M1 of the acetylene gas in the precursor forming step was changed to 0.5 SLM.

<比較例4-1>
前駆体形成工程におけるアセチレンガスの第1所定ガス流量M1を、0.1SLMに変更したこと以外は、実施例4-1と同様にして、比較例4-1のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Comparative Example 4-1>
A carbon nanotube composite of Comparative Example 4-1 was produced in the same manner as in Example 4-1, except that the first predetermined gas flow rate M1 of the acetylene gas in the precursor forming step was changed to 0.1 SLM.

(評価)
(前駆体のCNT長さの測定)
前駆体形成工程が終了した時点の種触媒粒子から成長したCNT(前駆体)の長さを、CNT長さとして測定した。CNT長さは、SEM像から求めた。
(evaluation)
(Measurement of CNT length of precursor)
The length of the CNTs (precursor) grown from the seed catalyst particles at the time when the precursor forming step was completed was measured as the CNT length. CNT length was obtained from the SEM image.

実施例4-1~実施4-4及び比較例4-1の製造プロセスを表4に示し、各実施例及び各比較例のCNT長さの測定結果を図13に示す。 Table 4 shows the production processes of Examples 4-1 to 4-4 and Comparative Example 4-1, and FIG. 13 shows the measurement results of the CNT length of each Example and each Comparative Example.

Figure 0007163645000004
Figure 0007163645000004

図13に示されるように、実施例4-1~実施例4-4によれば、多層カーボンナノチューブを成長させるために適切な前駆体を生成できた。これに対して、比較例4-1によれば、多層カーボンナノチューブを成長させるために適切な前駆体を成長させることができなかった。以上のことから、第1所定ガス流量M1は、0.2SLM以上0.5SLM以下の範囲が好ましいことが確認できた。 As shown in FIG. 13, according to Examples 4-1 to 4-4, precursors suitable for growing multi-walled carbon nanotubes could be produced. In contrast, according to Comparative Example 4-1, it was not possible to grow a suitable precursor for growing multi-walled carbon nanotubes. From the above, it has been confirmed that the first predetermined gas flow rate M1 is preferably in the range of 0.2 SLM or more and 0.5 SLM or less.

<実施例5-1~実施例5-2、比較例5-1>
以下に説明するように、多層CNT合成温度tg2を種々に変えた実施例5-1~実施例5-2及び比較例5-1のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Examples 5-1 to 5-2, Comparative Example 5-1>
As described below, carbon nanotube composites of Examples 5-1 to 5-2 and Comparative Example 5-1 were produced by varying the multilayer CNT synthesis temperature tg2.

<実施例5-1>
実施例1と同様にして、実施例5-1のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Example 5-1>
A carbon nanotube composite of Example 5-1 was produced in the same manner as in Example 1.

<実施例5-2>
多層CNT成長工程における多層CNT合成温度tg2を800℃に変更したこと以外は、実施例5-1と同様にして、実施例5-2のカーボンナノチューブの複合体を作製した。
<Example 5-2>
A carbon nanotube composite of Example 5-2 was produced in the same manner as in Example 5-1, except that the multi-walled CNT synthesis temperature tg2 in the multi-walled CNT growth step was changed to 800°C.

<比較例5-1>
多層CNT成長工程における多層CNT合成温度tg2を770℃に変更したこと以外は、実施例5-1と同様にして、比較例5-1のカーボンナノチューブの複合体を作製した。
<Comparative Example 5-1>
A carbon nanotube composite of Comparative Example 5-1 was produced in the same manner as in Example 5-1, except that the multi-walled CNT synthesis temperature tg2 in the multi-walled CNT growth step was changed to 770°C.

(評価)
(CNT量(mg/cm)の測定)
実施例1と同様にして、CNT量(mg/cm)を測定した。
(evaluation)
(Measurement of CNT amount (mg/cm 2 ))
The amount of CNT (mg/cm 2 ) was measured in the same manner as in Example 1.

実施例5-1~実施5-2及び比較例5-1の製造プロセスを表5に示し、各実施例及び比較例のCNT目付量の測定結果を図14に示す。 The production processes of Examples 5-1 to 5-2 and Comparative Example 5-1 are shown in Table 5, and the measurement results of the CNT basis weight of each Example and Comparative Example are shown in FIG.

Figure 0007163645000005
Figure 0007163645000005

図14に示されるように、実施例5-1及び実施例5-2によれば、多層カーボンナノチューブの成長性が良好であることが確認できた。これに対して、比較例5-1によれば、多層カーボンナノチューブの成長性が低いことが確認できた。以上のことから、多層CNT合成温度tg2は、800℃以上850℃以下の範囲が好ましいことが確認できた。 As shown in FIG. 14, according to Examples 5-1 and 5-2, it was confirmed that the growth of multi-walled carbon nanotubes was good. On the other hand, according to Comparative Example 5-1, it was confirmed that the multi-walled carbon nanotube growth was low. From the above, it has been confirmed that the multilayer CNT synthesis temperature tg2 is preferably in the range of 800° C. or higher and 850° C. or lower.

<実施例6-1~実施例6-2、比較例6-1>
以下に説明するように、多層CNT成長工程におけるアセチレンガスの第2所定ガス流量M2を種々に変えた実施例6-1~実施例6-2及び比較例6-1のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Examples 6-1 to 6-2, Comparative Example 6-1>
As will be described below, carbon nanotube composites of Examples 6-1 to 6-2 and Comparative Example 6-1 were produced by varying the second predetermined gas flow rate M2 of the acetylene gas in the multilayer CNT growth process. did.

<実施例6-1>
実施例1と同様にして、実施例6-1のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Example 6-1>
A carbon nanotube composite of Example 6-1 was produced in the same manner as in Example 1.

<実施例6-2>
多層CNT成長工程におけるアセチレンガスの第2所定ガス流量M2を、0.9SLMに変更したこと以外は、実施例6-1と同様にして、実施例6-2のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Example 6-2>
A carbon nanotube composite of Example 6-2 was produced in the same manner as in Example 6-1, except that the second predetermined gas flow rate M2 of the acetylene gas in the multilayer CNT growth step was changed to 0.9 SLM.

<実施例6-3>
多層CNT成長工程におけるアセチレンガスの第2所定ガス流量M2を、2.5SLMに変更したこと以外は、実施例6-1と同様にして、実施例6-3のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Example 6-3>
A carbon nanotube composite of Example 6-3 was produced in the same manner as in Example 6-1, except that the second predetermined gas flow rate M2 of the acetylene gas in the multilayer CNT growth process was changed to 2.5 SLM.

<比較例6-1>
多層CNT成長工程におけるアセチレンガスの第2所定ガス流量M2を、0.3SLMに変更したこと以外は、実施例6-1と同様にして、比較例6-1のカーボンナノチューブ複合体を作製した。
<Comparative Example 6-1>
A carbon nanotube composite of Comparative Example 6-1 was produced in the same manner as in Example 6-1, except that the second predetermined gas flow rate M2 of the acetylene gas in the multilayer CNT growth step was changed to 0.3 SLM.

(評価)
(CNT量(mg/cm)の測定)
実施例1と同様にして、CNT量(mg/cm)を測定した。
(evaluation)
(Measurement of CNT amount (mg/cm 2 ))
The amount of CNT (mg/cm 2 ) was measured in the same manner as in Example 1.

(容量測定)
実施例1-1と同様にして、容量を測定した。
(capacitance measurement)
The capacity was measured in the same manner as in Example 1-1.

実施例6-1~実施6-3及び比較例6-1の製造プロセスを表6に示し、各実施例及び比較例のCNT目付量の測定結果を図15に示し、各実施例及び比較例の容量の測定結果を図16に示す。 The production processes of Examples 6-1 to 6-3 and Comparative Example 6-1 are shown in Table 6, and the measurement results of the CNT basis weight of each Example and Comparative Example are shown in FIG. FIG. 16 shows the measurement results of the capacitance of .

Figure 0007163645000006
Figure 0007163645000006

図15及び図16に示されるように、実施例6-1~実施例6-3によれば、多層カーボンナノチューブの成長性が良好であることが確認できた。これに対して、比較例6-1によれば、多層カーボンナノチューブの成長性が低いことが確認できた。以上のことから、アセチレンガスの第2所定ガス流量M2は、0.9SLM以上3.0SLM以下の範囲が好ましいことが確認できた。これに加えて、上述の実施例4-1~実施例4-4により確認できた第1所定ガス流量M1の好ましい範囲(0.2SLM以上0.5SLM以下の範囲)を考慮すると、アセチレンガスの第2所定ガス流量M2は、第1所定ガス流量M1の1.8倍(=0.9SLM/0.5SLM)以上15倍(=3.0SLM/0.2SLM)以下が好ましいことが確認できた。 As shown in FIGS. 15 and 16, according to Examples 6-1 to 6-3, it was confirmed that the growth of multi-walled carbon nanotubes was good. On the other hand, according to Comparative Example 6-1, it was confirmed that the growth of multi-walled carbon nanotubes was low. From the above, it has been confirmed that the second predetermined gas flow rate M2 of the acetylene gas is preferably in the range of 0.9 SLM or more and 3.0 SLM or less. In addition to this, considering the preferable range of the first predetermined gas flow rate M1 (range of 0.2 SLM or more and 0.5 SLM or less) confirmed by Examples 4-1 to 4-4 described above, the amount of acetylene gas It was confirmed that the second predetermined gas flow rate M2 is preferably 1.8 times (=0.9SLM/0.5SLM) or more and 15 times (=3.0SLM/0.2SLM) or less than the first predetermined gas flow rate M1. .

<変形例>
以上、本発明の実施形態及び実施例について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
<Modification>
Although the embodiments and examples of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications are possible based on the technical concept of the present invention. is.

例えば、上述の実施形態及び実施例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。 For example, the configurations, methods, steps, shapes, materials, numerical values, etc., given in the above-described embodiments and examples are merely examples, and different configurations, methods, steps, shapes, materials, numerical values, etc., may be used if necessary. may be used.

また、上述の実施形態及び実施例の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。 Also, the configurations, methods, steps, shapes, materials, numerical values, etc. of the above-described embodiments and examples can be combined with each other without departing from the gist of the present invention.

上述したカーボンナノチューブ電極を蓄電デバイスの電極(例えば、負極)に用いてもよい。蓄電デバイスとしては、例えば、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池、デュアルカーボン電池、又は、これら以外の他の蓄電デバイスであってもよい。 You may use the carbon nanotube electrode mentioned above for the electrode (for example, negative electrode) of an electrical storage device. The electricity storage device may be, for example, a lithium ion capacitor, a lithium ion secondary battery, a dual carbon battery, or other electricity storage devices.

10…電極、10a…電極部、10b…端子部、11…導電性基材、13…触媒層、14…CNT(カーボンナノチューブ)層、23…種触媒粒子、24…多層カーボンナノチューブ、24a…主体部、24b…表層部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Electrode 10a... Electrode part 10b... Terminal part 11... Conductive base material 13... Catalyst layer 14... CNT (carbon nanotube) layer 23... Seed catalyst particle 24... Multi-walled carbon nanotube 24a... Main body Part, 24b... Surface layer part

Claims (6)

導電性を有する導電性金属で構成された導電性基材と、
導電性基材に設けられた種触媒粒子から成長させた多層カーボンナノチューブと、
を含み、
前記多層カーボンナノチューブは、
前記多層カーボンナノチューブの軸心方向に沿って延びる、同心円状に配置された複数のチューブ状のグラフェンシートを含む主体部と、
前記主体部の外側に重なる前記チューブ状のグラフェンシートとは物性の異なるグラフェンシートを複数含み、前記グラフェンシートの炭素環が欠損した部分である炭素環欠損部が前記主体部に比べて多い表層部と、
を含む、
カーボンナノチューブ電極。
a conductive substrate made of a conductive metal having conductivity;
multi-walled carbon nanotubes grown from seed catalyst particles provided on a conductive substrate;
including
The multi-walled carbon nanotube is
a main body including a plurality of concentrically arranged tubular graphene sheets extending along the axial direction of the multi-walled carbon nanotube;
A surface layer portion that includes a plurality of graphene sheets having physical properties different from those of the tubular graphene sheet that overlaps the outside of the main portion, and that has more carbon ring-deficient portions, which are portions in which the carbon rings of the graphene sheets are lacking, compared to the main portion. When,
including,
carbon nanotube electrode.
請求項に記載のカーボンナノチューブ電極において、
前記表層部の電子回折像は、前記主体部の電子回折像の炭素002面による回折スポットの形状に比べて伸びた形状の炭素002面による回折スポットを含む、カーボンナノチューブ電極。
The carbon nanotube electrode of claim 1 ,
The carbon nanotube electrode, wherein the electron diffraction image of the surface layer portion includes a diffraction spot due to the carbon 002 surface that is elongated compared to the shape of the diffraction spot due to the carbon 002 surface in the electron diffraction image of the main portion.
請求項1又は請求項2に記載のカーボンナノチューブ電極において、
前記表層部の厚さは、前記主体部の厚さに対して、2.5倍以上である、
カーボンナノチューブ電極。
In the carbon nanotube electrode according to claim 1 or claim 2,
The thickness of the surface layer is 2.5 times or more the thickness of the main body,
carbon nanotube electrode.
正極と、
カーボンナノチューブ電極からなる負極と、
電解質と、
を含み、
前記カーボンナノチューブ電極は、
導電性を有する導電性金属で構成された導電性基材と、
導電性基材に設けられた種触媒粒子から成長させた多層カーボンナノチューブと、
を含み、
前記多層カーボンナノチューブは、
前記多層カーボンナノチューブの軸心方向に沿って延びる、同心円状に配置された複数のチューブ状のグラフェンシートを含む主体部と、
前記主体部の外側に重なる前記チューブ状のグラフェンシートとは物性の異なるグラフェンシートを複数含み、前記グラフェンシートの炭素環が欠損した部分である炭素環欠損部が前記主体部に比べて多い表層部と、
を含む、
蓄電デバイス。
a positive electrode;
a negative electrode made of a carbon nanotube electrode;
an electrolyte;
including
The carbon nanotube electrode is
a conductive substrate made of a conductive metal having conductivity;
multi-walled carbon nanotubes grown from seed catalyst particles provided on a conductive substrate;
including
The multi-walled carbon nanotube is
a main body including a plurality of concentrically arranged tubular graphene sheets extending along the axial direction of the multi-walled carbon nanotube;
A surface layer portion that includes a plurality of graphene sheets having physical properties different from those of the tubular graphene sheet that overlaps the outside of the main portion, and that has more carbon ring-deficient portions, which are portions in which the carbon rings of the graphene sheets are lacking, compared to the main portion. When,
including,
storage device.
導電性を有する導電性金属で構成された導電性基材上に多層カーボンナノチューブを形成するための種触媒粒子で構成された触媒層を形成する積層体形成工程と、
前記触媒層上に前記多層カーボンナノチューブを形成するカーボンナノチューブ層形成工程と、
を有し、
前記カーボンナノチューブ層形成工程は、
チャンバー内に積層体を入れて、前記チャンバー内の前記積層体の温度が、450℃以上550℃以下の温度範囲から選ばれた第1温度範囲であるとき、炭素原料ガスのガス流量を第1所定ガス流量で前記チャンバー内に導入した後、前記炭素原料ガスのガス流量を第1所定ガス流量にした状態で、800℃以上850℃以下の範囲から選ばれた多層カーボンナノチューブ合成温度範囲まで昇温することにより、前記種触媒粒子の表面の一部に前記多層カーボンナノチューブの成長の起点となる前駆体を形成する前駆体成長工程を含む前駆体形成工程と、
前記前駆体形成工程の後、前記積層体の温度が、前記多層カーボンナノチューブ合成温度範囲であるとき、前記炭素原料ガスのガス流量を、第2所定ガス流量にして、前記前駆体を起点として前記多層カーボンナノチューブを成長させるカーボンナノチューブ成長工程であって、前記第2所定ガス流量は、前記第1所定ガス流量の1.8倍以上15.0倍以下である前記カーボンナノチューブ成長工程と、
を含む、
カーボンナノチューブ複合体の製造方法。
a laminate forming step of forming a catalyst layer composed of seed catalyst particles for forming multi-walled carbon nanotubes on a conductive base material composed of a conductive metal having electrical conductivity;
a carbon nanotube layer forming step of forming the multi-walled carbon nanotubes on the catalyst layer;
has
The carbon nanotube layer forming step includes
The laminate is placed in a chamber, and when the temperature of the laminate in the chamber is within a first temperature range selected from the temperature range of 450° C. or higher and 550° C. or lower, the gas flow rate of the carbon source gas is reduced to the first temperature range. 1 After introducing into the chamber at a predetermined gas flow rate, with the gas flow rate of the carbon raw material gas set to the first predetermined gas flow rate, up to a multi-walled carbon nanotube synthesis temperature range selected from the range of 800 ° C. or higher and 850 ° C. or lower. a precursor forming step including a precursor growing step of forming a precursor that serves as a starting point for growth of the multi-walled carbon nanotubes on a portion of the surface of the seed catalyst particles by raising the temperature;
After the precursor forming step, when the temperature of the laminate is within the multi-walled carbon nanotube synthesis temperature range, the gas flow rate of the carbon raw material gas is set to a second predetermined gas flow rate, and the precursor is used as a starting point. a carbon nanotube growth step for growing multi-walled carbon nanotubes, wherein the second predetermined gas flow rate is 1.8 times or more and 15.0 times or less the first predetermined gas flow rate;
including,
A method for producing a carbon nanotube composite.
請求項5に記載のカーボンナノチューブ複合体の製造方法において、
前記前駆体形成工程は、
前記前駆体成長工程の前に、前記積層体を加熱することにより、前記チャンバー内の前記積層体の温度を前記第1温度範囲で保持する種触媒粒子の加熱工程を更に含む、
カーボンナノチューブ複合体の製造方法。
In the method for producing a carbon nanotube composite according to claim 5,
The precursor formation step includes
Further comprising a seed catalyst particle heating step of maintaining the temperature of the laminate in the chamber within the first temperature range by heating the laminate before the precursor growth step,
A method for producing a carbon nanotube composite.
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