(57)【要約】【課題】内部抵抗による損失を抑制できる複合体電極及びこれを用いた電子デバイスを提供すること。【解決手段】複合体電極は、板状導電体１２、板状導電体面に立設された補助電極、補助電極の間に形成された活物質層１６を有し、補助電極の高さがｈである時、対向する補助電極の中心間隔又は間隔がｈ以上、２ｈ以下である。補助電極は柱状導電体又は壁状導電体１５である。柱状導電体は、例えば、カーボンナノチューブからなり、中心間隔が（√２）ｈ以上で正方格子状に配置され、或いは、中心間隔が（√３）ｈ以上で六方格子状に配置される。壁状導電体は、例えば、金属からなり、平行に配置され対をなしハニカム状構造を形成している。活物質層１６を流れる電流は最短距離で板状導電体へ、又は、補助電極を介して板状導電体へ到達するので、内部抵抗による損失が抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状導電体と、
この板状導電体面に一端が接続され立設された複数の補助電極と、
前記板状導電体と接し、前記補助電極の間に形成された活物質層と
を有し、前記補助電極の高さがｈであるとき、対向する前記補助電極の中心間隔、或いは、対向する前記補助電極の間隔が、ｈ以上、２ｈ以下である、複合体電極。
【請求項２】
前記補助電極が柱状導電体である、請求項１に記載の複合体電極。
【請求項３】
前記板状導電体と前記柱状導電体が接続される点が正方格子状に配置された、請求項２に記載の複合体電極。
【請求項４】
対向する前記柱状導電体の中心間隔が、（√２）ｈ以上である、請求項３に記載の複合体電極。
【請求項５】
前記板状導電体と前記柱状導電体が接続される点が六方格子状に配置された、請求項２に記載の複合体電極。
【請求項６】
対向する前記柱状導電体の中心間隔が、（√３）ｈ以上である、請求項５に記載の複合体電極。
【請求項７】
前記柱状導電体が導電性のカーボンナノチューブからなる、請求項２に記載の複合体電極。
【請求項８】
前記柱状導電体が金属ナノワイヤ又は金属ナノチューブからなる、請求項２に記載の複合体電極。
【請求項９】
前記補助電極が、平行に配置され対をなす壁状導電体である、請求項１に記載の複合体電極。
【請求項１０】
前記壁状導電体は、平行に配置され対をなす前記壁状導電体によって形成された領域を有するハニカム状構造が形成され、前記領域に前記活物質層が形成された、請求項９に記載の複合体電極。
【請求項１１】
前記領域が正方形の形状を有する、請求項１０に記載の複合体電極。
【請求項１２】
前記領域が正六角形の形状を有する、請求項１０に記載の複合体電極。
【請求項１３】
前記壁状導電体が導電性のカーボンナノウォールからなる、請求項９に記載の複合体電極。
【請求項１４】
前記壁状導電体が金属である、請求項９に記載の複合体電極。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４の何れか１項に記載の複合体電極を有する、電子デバイス。
【請求項１６】
前記複合体電極がセパレータを介して対向して配置され、前記複合体電極の少なくとも一方が分極性電極として形成され、電気二重層キャパシタとして構成された、請求項１５に記載の電子デバイス。
【請求項１７】
正極集電体と正極活物質層からなる正極と、
負極集電体と負極活物質層からなる負極と、
前記正極と前記負極の間に配置された電解質層と
を有し、前記正極と前記負極の少なくとも一方が前記複合体電極によって形成され、二次電池として構成された、請求項１５に記載の電子デバイス。
【請求項１８】
前記二次電池がリチウムイオン二次電池である、請求項１７に記載の電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部抵抗による損失を抑制することができる複合体電極及びこれを用いた電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の電子機器、電気自動車等に利用されるリチウムイオン電池や電気二重層キャパシタの小型化、軽量化、大容量化の検討が進んでいる。これらのリチウムイオン電池や電気二重層キャパシタには活物質が使用されている。
【０００３】
リチウムイオン電池の負極活物質として、黒鉛等の炭素材料、リチウムと合金化するＳｉ、Ｓｎ、Ｇｅやこれらの酸化物等が知られており、正極活物質として、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4等のリチウム含有金属酸化物が知られている。電気二重層キャパシタの分極性電極には、高い比表面積を有する活性炭が使用されている。
【０００４】
しかし、負極活物質として使用可能なＳｉ、Ｓｎ、Ｇｅやこれらの酸化物、正極活物質として使用可能なリチウム含有金属酸化物は、電子伝導性が乏しく、また、電気二重層キャパシタの分極性電極に使用される活性炭も電子伝導性が乏しいという問題がある。
【０００５】
負極活物質、正極活物質、活性炭等に、これらよりも電子伝導性が高い導電剤を混合して、電子伝導性を向上させる検討がなされてきている。このような、導電剤として、カーボンブラック、カーボンナノチューブが知られている。また、導電体上にカーボンナノチューブを形成することが知られている。
【０００６】
図１２（Ａ）は、従来技術における電気二重層キャパシタの概略構造を説明する断面図である。
【０００７】
図１２（Ａ）に示すように、電気二重層キャパシタは、セパレータ１３を挟んで配置された分極性電極（正極）１０ａ及び分極性電極（負極）１０ｂと、分極性電極（正極）１０ａに接合された正極集電体１２ａと、分極性電極（負極）１０ｂに接合された負極集電体１２ｂと、電解質液１７に対して不溶性、耐食性を有し、セパレータ１３と分極性電極１０ａ、１０ｂの間の隙間を防ぎ、電解質液１７の漏れを防ぎ、密封、封止するための電気絶縁性樹脂からなるガスケット１４から構成されている。
【０００８】
カーボンナノチューブを用いた電極又は複合集電体に関して、いくつかの報告がある。
【０００９】
例えば、「電極、電極の製造方法、蓄電器及び発光素子」と題する後記の特許文献１には、導電体１０１上にカーボンナノチューブまたは炭素繊維１０３を気相成長せしめ、複数のカーボンナノチューブまたは炭素繊維の間に、炭素や活性炭等の活物質、結着剤、添加剤等よりなる活物質類１０４を配設した電極が記載されている。
【００１０】
また、「集電体及びその表面に結合したカーボンナノファイバを含む複合集電体、並びにその製造方法」と題する後記の特許文献２には、集電体及びその表面に結合したカーボンナノファイバを含む複合集電体が、活物質粒子を含む活物質層を担持しており、活物質層には、活性炭以外に、樹脂結着剤、導電剤等を、本発明の効果を大きく損なわない範囲で含めることができることが記載されている。
【００１１】
更に、「カーボンナノチューブを用いた電極及びその製造方法」と題する後記の特許文献３には、集電体とこの集電体表面に実質上垂直に配向された複数本のカーボンナノチューブとからなる電極において、カーボンナノチューブ間の隙間に炭化物が形成されて隙間を埋めており、炭化物は、上記の隙間に含浸したモノマーを重合させ生じた重合物を炭化させたものであり、モノマーの代表例は、フェノール、メタクリル酸メチル等が挙げられることの記載がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
活物質は、エネルギーの貯蔵、放出に関与する物質であり、リチウムイオン電池における正極活物質、負極活物質は、充電反応、放電反応の電極反応に関与する物質であり、電気二重層キャパシタにおける電極活物質は静電容量の発現に関与する物質である。
【００１３】
電気二重層キャパシタでは、大きな比表面積を有する活性炭が電極活物質として主に用いられており、分極性電極の表面積を大きくすることによって、電気容量が増大する。電気二重層キャパシタの単位体積・単位重量当りの容量を向上させるためには、分極性電極の厚さを厚くし、表面積を増大させることが必要であるが、分極性電極の厚さを厚くすると、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抵抗が大きくなってしまうという問題があり、キャパシタの大容量化に限界がある。
【００１４】
このため、分極性電極の抵抗を下げるために、分極性電極中に導電助剤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てきた。例えば、活性炭、導電助剤を結合剤（バインダ樹脂）によって結着させて、分極性電極を形成する方法があった。結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂が用いられ、導電助剤として、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック、炭素繊維、カーボンナノチューブ等が用いられている。
【００１５】
活性炭、導電助剤を結合剤（バインダ）によって結着させる方法によって形成した分極性電極を用いて電気二重層キャパシタの容量を、及び、活物質（負極活物質、正極活物質）、導電助剤を結合剤（バインダ樹脂）によって結着させる方法によって形成した電極（正極、負極）を用いて、リチウムイオン電池の容量を向上させることは可能であるが、更なる容量の向上が求められている。
【００１６】
しかし、このような方法によって形成された電気二重層キャパシタ用の分極性電極、リチウムイオン電池用の電極では、充電、放電の繰返しにより生じる膨張、収縮によって、分極性電極、電極を構成する粒子間の結合（結着）が弱くなり、抵抗が大きくなり、サイクル特性の劣化の原因となる。
【００１７】
図１２（Ｂ）は、従来技術における電気二重層キャパシタの分極性電極における電流の流れを説明する図であり、充電（蓄電）時において、分極性電極(負極)１０ｂに正電位、分極性電極(正極)１０ａに負電位がそれぞれ印加された状態を示している。
【００１８】
図１２（Ｂ）において、集電体（正極集電体１２ａ、負極集電体１２ｂ）の電子伝導性が、電極（分極性電極(正極)１０ａ、分極性電極(負極)１０ｂ）の電子伝導性より十分高いとして、電極（分極性電極(正極)１０ａ、分極性電極(負極)１０ｂ）におけるＡ地点とＢ地点に注目する。この場合、注目する点から集電体（正極集電体１２ａ、負極集電体１２ｂ）に対して垂直な方向に電流が流れ、注目する点から集電体（正極集電体１２ａ、負極集電体１２ｂ）までの垂直距離（電流パスの長さ）に比例した内部抵抗による損失が生じる。つまり、電極（分極性電極(正極)１０ａ、分極性電極(負極)１０ｂ）の厚さが厚くなると、この電極内の集電体（正極集電体１２ａ、負極集電体１２ｂ）からの垂直距離が大きくなる点ほど、電流パスの長さが増加するため内部抵抗が増加し、電気二重層キャパシタの性能に悪影響を与える。
【００１９】
例えば、電極（分極性電極(正極)１０ａ、分極性電極(負極)１０ｂ）を形成する際に、プレス圧を強くして、電極（分極性電極(正極)１０ａ、分極性電極(負極)１０ｂ）の厚さを薄くなるようにして、電流パスの長さに比例した内部抵抗を低減させる方法も考えられるが、この場合、イオンが移動する空隙が小さくなり、イオン伝導性が低下する問題が発生する。
【００２０】
なお、先述した特許文献１〜特許文献３に、集電体表面に垂直に配向された複数のカーボンナノチューブを形成しその間隙に活物質を設ける記載があるが、これらの特許文献には、カーボンナノチューブの間隔や配置について言及がなく、これらをどのような条件とすれば望ましいのか明らかにされていない。
【００２１】
本発明では、電気伝導性に優れた補助電極を集電体電極に付着させて形成した構成を詳細に検討した結果、内部抵抗による損失を低減させるための条件を新しく見出した。
【００２２】
なお、以下の説明において、補助電極（柱状導電体又は壁状導電体）の中心間距離（又は中心間隔）Ｄは、補助電極が柱状導電体である場合には、対向する柱状導電体の中心軸の間の距離を意味し、補助電極が壁状導電体である場合には、対向する壁状導電体を構成する壁厚（板厚）の中心を結ぶ面（以下、「壁厚中心面」という。）の間の距離を意味するものとする。
【００２３】
また、補助電極の間隔ｄは、補助電極が柱状導電体である場合には、対向する柱状導電体の間の距離を意味し、補助電極が壁状導電体である場合には、対向する壁状導電体の間の距離を意味するものとする。
【００２４】
更に、柱状導電体がカーボンナノチューブからなる場合には、１本のカーボンナノチューブによって柱状導電体が形成されていてもよいし、複数本のカーボンナノチューブの集合からなる構造体として柱状導電体が形成されていてもよいものとする。
【００２５】
本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、内部抵抗による損失を抑制することができる複合体電極及びこれを用いた電子デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
即ち、本発明は、板状導電体（例えば、後述の実施の形態における板状導電体１２、１１０、正極集電体１２ａ、負極集電体１２ｂ、正極側集電層３０、負極側集電層７０）と、この板状導電体面に一端が接続され立設された複数の補助電極（例えば、後述の実施の形態における柱状導電体又は壁状導電体１５、柱状導電体１２０、壁状導電体１３０、ハニカム状導電体１３５、カーボンナノチューブ１５ａ、１５ｂ、９０ａ、９０ｂ、壁状導電体片１３０ａ、ハニカム状導電体片１３５ａ）と、前記板状導電体と接し、前記補助電極の間に形成された活物質層（例えば、後述の実施の形態における活物質層１６、多孔質炭素１６ａ、１６ｂ、正極活物質層４０、負極活物質層６４）とを有し、前記補助電極の高さがｈであるとき、対向する前記補助電極の中心間隔、或いは、対向する前記補助電極の間隔が、ｈ以上、２ｈ以下である、複合体電極に係るものである。
【００２７】
また、本発明は、上記の複合体電極を有する、電子デバイスに係るものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、板状導電体と、この板状導電体面に一端が接続され立設された複数の補助電極と、前記板状導電体と接し、前記補助電極の間に形成された活物質層とを有し、前記補助電極の高さがｈであるとき、対向する前記補助電極の中心間隔、或いは、対向する前記補助電極の間隔が、ｈ以上、２ｈ以下であるので、前記活物質層の各点から流れる電流が、距離ｈ未満の短い電流経路（電流パス）で前記活物質層を流れ、内部抵抗による損失がより小さくされた状態で前記板状導電体に集電することができる複合体電極を提供することができる。また、補助電極を形成することなく板状導電体の面に厚さＨの活物質層が形成された電極であり、活物質層の各点から流れる電流パスの内部抵抗が距離Ｈに相当するＲH以下である電極と比較すると、前記補助電極の中心間隔又は前記補助電極の間隔が２Ｈであり、前記補助電極の高さがαＨ（但し、α≧１とする。）である複合体電極は、前記活物質層の厚さ即ち容積が増大するにも係らず、前記活物質層の各点から前記板状導電体へ流れる電流パスの内部抵抗はＲH以下であるので、内部抵抗を増大させることなく、前記活物質層の各点からの電流を前記板状導電体へ集電することができ、高性能な複合体電極を提供することができる。
【００２９】
また、本発明によれば、上記の複合体電極を有するので、高性能な電子デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態における、柱状導電体又は壁状導電体を有する複合体電極の構造を説明する断面図である。
【図２】同上、柱状導電体又は壁状導電体を有する複合体電極の構造及び複合体電極の製造方法を説明する図である。
【図３】同上、複合体電極における電流の方向を説明する断面図である。
【図４】同上、複合体電極における柱状導電体又は壁状導電体の配置を説明する図である。
【図５】同上、複合体電極における柱状導電体の配置の他の例を説明する図である。
【図６】同上、複合体電極における壁状導電体の配置を説明する図である。
【図７】同上、複合体電極における壁状導電体の配置の他の例を説明する図である。
【図８】同上、電気二重層キャパシタの概略構造を説明する断面図である。
【図９】同上、リチウムイオン電池の概略構造を説明する断面図である。
【図１０】同上、複合体電極における柱状導電体、壁状導電体の配置の他の例を説明する平面図である。
【図１１】同上、柱状導電体又は壁状導電体を有する複合体電極の構造の他の例を説明する断面図である。
【図１２】従来技術における、電気二重層キャパシタの概略構造を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の複合体電極では、前記補助電極が柱状導電体である構成とするのがよい。このような構成によれば、前記板状導電体上で前記補助電極の間に形成される前記活物質層の占める容積比が大きな複合体電極を提供することができる。
【００３２】
また、前記板状導電体と前記柱状導電体が接続される点が正方格子状に配置された構成とするのがよい。このような構成によれば、前記分極性電極を構成する前記活物質層の各点から流れる電流が、距離ｈ未満の短い電流経路（電流パス）で前記活物質層を流れ、内部抵抗による損失を抑制することができる複合体電極を提供することができる。
【００３３】
また、対向する前記柱状導電体の中心間隔が、（√２）ｈ以上である
構成とするのがよい。このような構成によれば、前記分極性電極を構成する前記活物質層の各点から流れる電流が、距離ｈ未満の短い電流経路（電流パス）で前記活物質層を流れ、内部抵抗による損失を抑制することができ、例えば、前記柱状導電体の中心間隔を（√２）ｈとすれば、前記分極性電極を構成する前記活物質層の各点から流れる電流が、距離ｈ／（√２）以下の短い電流経路（電流パス）で前記活物質層を流れ、内部抵抗による損失を抑制することができる複合体電極を提供することができる。
【００３４】
また、前記板状導電体と前記柱状導電体が接続される点が六方格子状に配置された構成とするのがよい。このような構成によれば、前記分極性電極を構成する前記活物質層の各点から流れる電流が、距離ｈ未満の短い電流経路（電流パス）で前記活物質層を流れ、内部抵抗による損失を抑制することができる複合体電極を提供することができる。
【００３５】
また、対向する前記柱状導電体の中心間隔が、（√３）ｈ以上である構成とするのがよい。このような構成によれば、前記分極性電極を構成する前記活物質層の各点から流れる電流が、距離ｈ未満の短い電流経路（電流パス）で前記活物質層を流れ、内部抵抗による損失を抑制することができ、例えば、前記柱状導電体の中心間隔を（√３）ｈとすれば、前記分極性電極を構成する前記活物質層の各点から流れる電流が、距離（√３）ｈ／２以下の短い電流経路（電流パス）で前記活物質層を流れ、内部抵抗による損失を抑制することができる複合体電極を提供することができる。
【００３６】
また、前記柱状導電体が導電性のカーボンナノチューブからなる構成とするのがよい。このような構成によれば、前記柱状導電体の径は前記補助電極の中心間隔に対して無視できる大きさとすることができるので、前記板状導電体上で前記補助電極の間に形成される前記活物質層の占める容積比を確実に大きくできる複合体電極を提供することができる。
【００３７】
また、前記柱状導電体が金属ナノワイヤ又は金属ナノチューブからなる
構成とするのがよい。このような構成によれば、前記柱状導電体の径は前記補助電極の中心間隔に対して無視できる大きさとすることができるので、前記板状導電体上で前記補助電極の間に形成される前記活物質層の占める容積比を確実に大きくできる複合体電極を提供することができる。
【００３８】
また、前記補助電極が、平行に配置され対をなす壁状導電体である構成とするのがよい。
【００３９】
また、前記壁状導電体は、平行に配置され対をなす前記壁状導電体によって形成された領域を有するハニカム状構造が形成され、前記領域に前記活物質層が形成された構成とするのがよい。
【００４０】
また、前記領域が正方形の形状を有する構成とするのがよい。
【００４１】
また、前記領域が正六角形の形状を有する構成とするのがよい。
【００４２】
また、前記壁状導電体が導電性のカーボンナノウォールからなる構成とするのがよい。
【００４３】
また、前記壁状導電体が金属である構成とするのがよい。
【００４４】
補助電極が平行に配置され対をなす壁状導電体である以上のような各構成によれば、前記補助電極の単純な配置によって、前記活物質層の各点から流れる電流が、短い電流経路（電流パス）で前記活物質層を流れ、内部抵抗による損失がより小さくされた状態で前記板状導電体に集電することができる複合体電極を提供することができる。
【００４５】
また、本発明の電子デバイスでは、前記複合体電極がセパレータを介して対向して配置され、前記複合体電極の少なくとも一方が分極性電極として形成され、電気二重層キャパシタとして構成されるのがよい。このような構成によれば、前記分極性電極を構成する前記活物質層の各点から流れる電流が、距離ｈ未満の短い電流経路（電流パス）で前記活物質層を流れ、内部抵抗による損失を抑制することができ、充放電容量の低下を防止することができ、充放電特性に優れた電気二重層キャパシタを提供することができる。
【００４６】
また、正極集電体と正極活物質層からなる正極と、負極集電体と負極活物質層からなる負極と、前記正極と前記負極の間に配置された電解質層とを有し、前記正極と前記負極の少なくとも一方が前記複合体電極によって形成され、二次電池として構成されるのがよい。このような構成によれば、前記正極活物質層、前記負極活物質層の各点から流れる電流が、距離ｈ未満の短い電流経路（電流パス）で前記正極活物質層、前記負極活物質層を流れ、内部抵抗による損失を抑制することができ、充放電容量の低下を防止することができ、充放電特性に優れた二次電池を提供することができる。
【００４７】
また、前記二次電池がリチウムイオン二次電池である構成とするのがよい。このような構成によれば、高性能なリチウムイオン電池を提供することができる。
【００４８】
（発明の概略）
本発明の複合体電極は、板状導電体と、板状導電体面に一端が接続され立設された複数の導電性の補助電極と、板状導電体と接し補助電極の間に形成された活物質層とを有しており、補助電極の高さがｈであるとき、対向する補助電極の中心間隔が、ｈ以上、２ｈ以下である。補助電極は直立して形成されていてもよいし、直立した状態から傾斜した状態で立設されていてもよい。
【００４９】
補助電極は柱状導電体又は壁状導電体である。柱状導電体は、カーボンナノチューブ、金属柱等からなり、対向する中心間隔が（√２）ｈ以上で正方格子状に配置され、或いは、対向する中心間隔が（√３）ｈ以上で六方格子状に配置される。
【００５０】
壁状導電体は、カーボンナノウォール又は金属からなり、平行に配置され対をなし正方形又は六方形の形状の空部をもつハニカム状構造を形成している。
【００５１】
活物質層の各点からの電流は最短距離の電流パスで板状導電体へ、或いは、補助電極を介して板状導電体へ到達するので、内部抵抗による損失を抑制することができる。対向する補助電極の中心間隔が、例えば、２ｈ、（√３）ｈ、（√２）ｈ、ｈである場合、活物質層の各点からの電流は、これらの中心間隔に対応してそれぞれ、ｈ、（√３）ｈ／２、ｈ／（√２）、ｈ／２以下の最短距離の電流パスで板状導電体へ、或いは、補助電極を介して板状導電体へ到達し、内部抵抗による損失は小さなものとなる。
【００５２】
補助電極を形成することなく板状導電体の面に厚さＨの活物質層が形成された電極であり、活物質層の各点から流れる電流パスの内部抵抗が距離Ｈに相当するＲH以下である電極と比較すると、補助電極の中心間隔又は補助電極の間隔が２Ｈであり、補助電極の高さがαＨ（但し、α≧１とする。）であり、補助電極を形成しない電極における活物質層の厚さＨのα倍の厚さαＨを有する複合体電極では、活物質層の厚さ従って容積を増大させても、活物質層の各点から板状導電体へ流れる電流パスの内部抵抗はＲH以下であるので、内部抵抗を増大させることなく、活物質層の各点からの電流を集電することができる、高性能な複合体電極を実現することができる。
【００５３】
複合体電極は、電気二重層キャパシタに好適に適用され、対をなす少なくとも一方が分極性電極として構成された複合体電極がセパレータを介して対向され配置される。
【００５４】
また、複合体電極は、リチウムイオン電池に好適に適用され、正極集電体と正極活物質層からなる正極、負極集電体と負極活物質層からなる負極の少なくとも一方が複合体電極によって構成される。
【００５５】
電気二重層キャパシタにあっては、分極性電極を構成する活物質層における電流経路（電流パス）の内部抵抗による損失を、リチウムイオン電池にあっては、活物質層（正極活物質層、負極活物質層）における電流経路（電流パス）の内部抵抗による損失をそれぞれ、抑制することができ充放電容量の低下を防止することができ、充放電特性に優れた電気二重層キャパシタ、リチウムイオン電池を実現することができる。
【００５６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００５７】
［実施の形態］
＜柱状導電体又は壁状導電体を有する複合体電極＞
図１は、本発明の実施の形態における、補助電極として柱状導電体又は壁状導電体を有する複合体電極の構造を説明する断面図であり、図１（Ａ）は補助電極の間隔が補助電極の高さの２倍に等しい場合の活物質層における電流パス（電流経路）を説明する図、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）は補助電極の間隔が補助電極の高さに等しい場合の活物質層における電流パスを説明する図、図１（Ｄ）は補助電極が形成されていない場合の活物質層における電流パスを説明する図である。
【００５８】
図１に示す例では、導電性の補助電極（柱状導電体又は壁状導電体１５）が板状導電体１２の面に直立して形成され、補助電極の間に活物質像１６が設けられ、活物質層１６における電流の流れる方向１９を示している。
【００５９】
なお、図１、及び、後述する図２（Ｂ）、図２（Ｃ）、図３、図４、図５においては、電気二重層キャパシタにおける複合体電極を示し、充電（蓄電）時に正電位が印加された複合体電極を示している。
【００６０】
図１に示すように、高さＨを有する補助電極の端部が板状導電体１２の面に直立して接続されている。Δは、柱状導電体の場合では直径を示し、壁状導電体の場合ではこれを構成する壁厚（板厚）を示している。柱状導電体又は壁状導電体１５は、活物質層１６の電気抵抗より小さい電気抵抗を有する材料によって形成される。
【００６１】
図１に示す例では、補助電極が柱状導電体である時その中心軸が、補助電極が壁状導電体である時その壁面が、板状導電体１２の面に対して直立した状態で形成されている例を示すが、中心軸、壁面が直立した状態から傾斜した状態で形成されていてもよい。
【００６２】
また、柱状導電体が形成される立設方向で直線状をなしていても、立設方向で屈曲していてもよいし、壁状導電体の壁のなす面は、壁状導電体が形成される立設方向及びこれに交差する方向において、平面状をなしていても、凹凸をもち蛇行する面をなしていてもよい。
【００６３】
図１（Ａ）は、補助電極が、高さＨ、間隔ｄ＝２Ｈ、補助電極の中心間距離Ｄ＝２Ｈ＋Δであるように形成された場合における、活物質層１６の各点から補助電極又は板状導電体１２に到達する電流パス（電流経路）を示している。
【００６４】
図１（Ａ）に示すように、活物質層１６の各点からは最短距離で板状導電体１２又は補助電極に到達するように流れ、電流の流れる方向１９は板状導電体１２又は補助電極に垂直な方向である。
【００６５】
補助電極から垂直距離Ｈにあり、板状導電体１２から垂直距離Ｈにある直線上の点における活物質層１６からの電流は、最短距離Ｈの電流パスで補助電極又は板状導電体１２へ到達する。補助電極の間の活物質層１６において、上記直線上の点を除いた活物質層１６の各点からの電流は、距離Ｈ未満の電流パスで補助電極又は板状導電体１２へ到達する。即ち、電流パスの内部抵抗は、電流パスが長さ（距離Ｈ）に相当する内部抵抗がＲHであるとすると、上記直線上の点からの電流パスではＲHに等しく、上記直線上の点を除いた点からの電流パスではＲH未満となる。
【００６６】
図１（Ｂ）は、補助電極が、高さＨ、間隔ｄ＝Ｈ、補助電極の中心間距離Ｄ＝Ｈ＋Δであるように形成された場合における、活物質層１６の各点から補助電極又は板状導電体１２に到達する電流パス（電流経路）を示している。
【００６７】
図１（Ｂ）示すように、活物質層１６の各点からの電流は最短距離で板状導電体１２又は補助電極に到達するように流れるので、補助電極の間の活物質層１６の各点からの電流は、距離（１／２）Ｈ以下の電流パスで補助電極又は板状導電体１２へ到達する。即ち、電流パスの内部抵抗は（ＲH／２）未満となる。
【００６８】
図１（Ｃ）は、補助電極が、高さ２Ｈ、間隔ｄ＝２Ｈ、補助電極の中心間距離Ｄ＝２Ｈ＋Δであるように形成された場合における、活物質層１６の各点から補助電極又は板状導電体１２に到達する電流パス（電流経路）を示している。
【００６９】
図１（Ｃ）示すように、活物質層１６の各点からの電流は最短距離で板状導電体１２又は補助電極に到達するように流れるので、補助電極から垂直距離Ｈにあり、板状導電体１２から垂直距離Ｈ以上、２Ｈ以下にある直線群上の点における活物質層１６からの電流は、最短距離Ｈの電流パスで補助電極又は板状導電体１２へ到達する。
【００７０】
補助電極の間の活物質層１６において、上記直線群上の点を除いた活物質層１６の各点からの電流は、距離Ｈ未満の電流パスで補助電極又は板状導電体１２へ到達する。即ち、電流パスの内部抵抗は、上記直線群上の点からの電流パスではＲHに等しく、上記直線群上の点を除いた点からの電流パスではＲH未満となる。
【００７１】
図１（Ｄ）は補助電極が形成されていない場合における、活物質層（厚さはＨである。）の各点から板状導電体１２に到達する電流パス（電流経路）を示している。活物質層１６の各点から板状導電体１２までの最短距離は、各点から板状導電体１２に下ろした垂線の長さであるので、電流パスはＨ以下の長さであり、電流パスの内部抵抗はＲH以下となる。
【００７２】
図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）に示す何れの複合体電極でも、活物質層１６における各点からの電流は距離Ｈ以下の電流パスで補助電極又は板状導電体１２へ到達するので、電流パスの内部抵抗は、ＲH以下となる。
【００７３】
図１（Ｂ）と図１（Ｃ）は、補助電極が、補助電極の間隔が補助電極の高さに等しくなるように形成されている点で同じ構造であるが、複合体電極の性能は大きく異なっている。図１（Ｃ）に示す補助電極の構成では、活物質層１６の厚さは図１（Ｄ）に示す電極における活物質層１６の厚さの２倍であり、電流パスの内部抵抗はＲH以下であり、内部抵抗を増大させることなく、活物質層１６の各点からの電流を集電することができという特徴を有している。
【００７４】
図１（Ｂ）に示す複合体電極の補助電極の高さはＨであるが、補助電極が形成されず活物質層が形成された電極における活物質層の厚さをＨとすると、補助電極の高さがα≧１としてαＨである時も、補助電極の間隔ｄが、（Ｈ／２）≦ｄ≦Ｈを満たしていれば、上記と同様の特徴を有することは明らかである。
【００７５】
また、図１（Ｃ）に示す複合体電極の補助電極の高さは２Ｈであるが、補助電極が形成されず活物質層が形成された電極における活物質層の厚さをＨとすると、補助電極の高さがα≧１としてαＨである時も、補助電極の間隔ｄが、Ｈ≦ｄ≦２Ｈを満たしていれば、上記と同様の特徴を有することは明らかである。
【００７６】
図１（Ｄ）に示すような、補助電極を形成することなく板状導電体の面に厚さＨの活物質層１６が形成された電極であり、活物質層の各点から流れる電流パスの内部抵抗が距離Ｈに相当するＲH以下である電極と比較すると、補助電極の高さがαＨ（但し、α≧１とする。）である場合にも、補助電極の間隔ｄが、Ｈ≦ｄ≦２Ｈを満たす複合体電極では、活物質層１６の厚さ即ち容積を増大させても、活物質層１６の各点から板状導電体１２へ到達する電流パスの内部抵抗はＲH以下であり、内部抵抗を増大させることなく、活物質層１６の各点からの電流を板状導電体１２に集電することができる、高性能な複合体電極を実現することができる。
【００７７】
以上の説明したように、補助電極の高さがαＨ（α≧１）であり、補助電極の間隔ｄが、Ｈ≦ｄ≦２Ｈを満たす複合体電極はその内部抵抗を、活物質層１６の厚さがＨであり補助電極を有しない電極における内部抵抗ＲH以下とすることができる。
【００７８】
図１において、Ｄ＞ｄであるので、Ｈ≦ｄであればＨ＜Ｄであり、Ｄ≦２Ｈであればｄ＜２Ｈであり、従って、Ｈ＜Ｄ≦２Ｈであり、また、補助電極によって活物質層１６が形成されない領域をできるだけ小さくするために、ΔをＤ或いはｄに対して十分に小さくすることが望ましく、このような場合には、ΔがＤ或いはｄに対して十分に小さく無視できるので、Ｈ≦ｄ≦２Ｈの条件と、Ｈ＜Ｄ≦２Ｈの条件は等価なものに近く、Ｈ≦ｄ≦２Ｈの条件と、Ｈ≦ｄ≦２Ｈの条件は殆ど等価と見做してよい。
【００７９】
図２は、本発明の実施の形態における、補助電極として柱状導電体又は壁状導電体を有する複合体電極の構造及び複合体電極の製造方法を説明する図であり、図２（Ａ）は柱状導電体又は壁状導電体の形成を説明する断面図、図２（Ｂ）は活物質層の形成、及び、活物質層における電流の流れを説明する断面図、図２（Ｃ）は活物質層における電流の流れる方向を説明する断面図、図２（Ｄ）は活物質層を近似する抵抗網を説明する斜視図である。
【００８０】
図２に示す例では、導電性の補助電極（柱状導電体又は壁状導電体１５）が板状導電体１２の面に直立して形成された場合を示す。
【００８１】
（補助電極）
図２（Ａ）は、ｘｙ面に平行に配置された板状導電体１２の面に、柱状導電体又は壁状導電体１５がｚ方向に直立して形成された状態を示すｘｚ断面図である。
【００８２】
図２（Ａ）に示すように、補助電極として、高さｈを有する柱状導電体又は壁状導電体１５が、その端部が板状導電体１２の面に接続され、板状導電体１２の面に直立している。ｒは、柱状導電体の場合では直径を示し、壁状導電体の場合ではこれを構成する壁厚（板厚）を示すものとする。ｘ方向において、補助電極の間隔はｄ、補助電極の中心間距離Ｄである。柱状導電体又は壁状導電体１５は、活物質層１６の電気抵抗より小さい電気抵抗を有する材料によって形成される。
【００８３】
補助電極の高さｈ、補助電極の中心間距離Ｄ、補助電極の径又は壁厚（板厚）ｒが、ｒ＜Ｄ≦２ｈの関係を満たすように、補助電極が形成されていれば、活物質層１６を補助電極の間に形成することができる。差（Ｄ−ｒ）が大きいほど、板状導電体１２上で補助電極の間に形成される活物質層１６の占める容積比（（活物質層１６の占める容積）／（補助電極の占める容積と、補助電極の間の容積であり活物質層１６の占める容積との和）×１００％として定義される。）を大きくすることができる。
【００８４】
上記容積比が大きな複合体電極を用いた装置、例えば、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン電池では、充放電容量を大きなものとすることができるので、補助電極の径又は壁厚（板厚）ｒはできるだけ小さく、上記容積比が大きいことが望ましい。上記容積比は、可能な限り大きいことが望ましく、９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましい。
【００８５】
柱状導電体又は壁状導電体１５の間隔ｄ、或いは、柱状導電体又は壁状導電体１５の中心間距離Ｄが、柱状導電体又は壁状導電体１５の高さｈに対して、ｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、ｈ≦ｄ≦２ｈを満たすように形成される。柱状導電体にあってはその径を、壁状導電体状導電体にあってはその壁厚をできるだけ小さくする。
【００８６】
このように柱状導電体又は壁状導電体１５を板状導電体１２の面に形成し電気的に接続する構成によって、柱状導電体又は壁状導電体１５の間に形成される活物質層１６の各点から流れる電流は、距離ｈ以下の短い電流パスで流れるので、内部抵抗による損失が抑制された状態で板状導電体に集電されることになる。
【００８７】
柱状導電体又は壁状導電体１５の間隔ｄ、或いは、柱状導電体又は壁状導電体１５の中心間距離Ｄを、柱状導電体又は壁状導電体１５は高さｈに対して、過剰に小さくすると、柱状導電体又は壁状導電体１５の間に形成される活物質層１６の各点から流れる電流を、短い電流パスで流して、内部抵抗による損失がより小さくされた状態で板状導電体に集電することができるが、複合体電極に使用される活物質の量が少なくなってしまうので、複合体電極を使用した装置の性能、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオン電池の充放電容量が低下してしまうので好ましくない。
【００８８】
上記のように、柱状導電体又は壁状導電体１５をｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、ｈ≦ｄ≦２ｈを満たすように形成すること、柱状導電体にあってはその径を、壁状導電体状導電体にあってはその壁厚をできるだけ小さくすることによって、内部抵抗による損失を抑制し、且つ、複合体電極を使用した装置の性能低下を抑制することができる。
【００８９】
図２（Ａ）に示すように、Ｄ＝（ｄ＋ｒ）であるので、Ｄ≦２ｈが成立していれば、（ｄ＋ｒ）≦２ｈ、ｒ＞０であるから、ｄ＜２ｈ、即ち、（ｄ／２）＜ｈが成立している。
【００９０】
図２（Ａ）に示す例では、柱状導電体の中心軸が、板状導電体１２の面に対して直立した状態で形成されている例を示すが、中心軸が直立した状態から傾斜した状態で形成されていてもよい。また、柱状導電体が形成される立設方向で直線状をなしていても、立設方向で屈曲していてもよい。
【００９１】
また、図２（Ａ）に示す例では、壁状導電体の壁面が、板状導電体１２の面に対して直立した状態で形成されている例を示すが、壁状導電体の壁面が直立した状態から傾斜した状態で形成されていてもよい。また、壁状導電体の壁のなす面は、壁状導電体が形成される立設方向及びこれに交差する方向において、平面状をなしていても、凹凸をもち蛇行する面をなしていてもよい。
【００９２】
図１、図２において、導電性の補助電極として使用される柱状導電体として、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、金属ナノチューブ、金属ナノロッド、金属ナノワイヤ等からなる導電性構造体がある。また、壁状導電体として、導電性基板の表面に立設するように迷路状に形成され、壁状の構造を有する二次元的な広がりを有するカーボンナノ構造体であるカーボンナノウォール、金属からなるハニカム状構造体等がある。
【００９３】
（活物質層の形成）
図２（Ｂ）に示すように、図２（Ａ）に示されるような柱状導電体又は壁状導電体１５と板状導電体１２によって形成される凹部空間に、活物質層１６が、柱状導電体又は壁状導電体１５と板状導電体１２の各面に接触して形成される。活物質層１６は、例えば、次のようにして、上記の凹部空間に形成される。
（１）活物質を有機溶剤中に分散させたペーストを凹部空間に塗布、挿入し、有機溶剤を揮散させる。
（２）活物質と結合剤（バインダ）を有機溶剤中に分散させたペーストを凹部空間に塗布、挿入し、有機溶剤を揮散させる。
（３）活物質と結合剤（バインダ）と導電助剤を有機溶剤中に分散させたペーストを凹部空間に塗布、挿入し、有機溶剤を揮散させる。
（４）活物質を有機溶剤と共にポリマーゲル中に分散させ凹部空間に塗布、挿入する。
（５）有機溶剤を使用しないでポリマーマトリックスに活物質を分散、保持させ凹部空間に塗布、挿入する。
（６）凹部空間を埋めるように活物質をスパッタリング法によって形成する。
（７）活物質として多孔質炭素を使用する場合には、例えば、凹部空間に、フェノール化合物、アルデヒド化合物、触媒化合物の混合溶液を充填し、加熱させて重合物を形成させ、次に、これを高温加熱することによって炭化させることによって、多孔質炭素を形成することができる。
【００９４】
（活物質層における電流の流れ）
次に、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）によって、活物質層から流れる電流の流れを説明する。
【００９５】
図２（Ｂ）に示すように、柱状導電体又は壁状導電体１５は補助電極として板状導電体１２の面に接触し直立して形成されている。補助電極は、活物質層１６に比べて十分、電気抵抗が小さい、例えば、カーボンナノチューブ等の材料等で形成されている。
【００９６】
板状導電体１２の面に形成する補助電極の密度をむやみに大きくすると、静電容量の発現に関与する活物質層１６が少なくなってしまい、容量の低下をきたすことになる。このため、先述したように、柱状導電体にあってはその径を、壁状導電体状導電体にあってはその壁厚をできるだけ小さくして、補助電極としての柱状導電体又は壁状導電体１５を、ｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、ｈ≦ｄ≦２ｈを満たすように形成することによって、内部抵抗による損失を抑制し、且つ、容量の低下を抑制する。
【００９７】
図２（Ｂ）に示すように、隣接する補助電極から等しい距離にあり、板状導電体１２の面から距離ｇにある点Ｃに注目し、補助電極が活物質層１６に対して十分、電気抵抗が小さいとすると、補助電極の抵抗は無視できる。内部抵抗の原因となる活物質層１６内を電流が流れる時、点線で示すように板状集電体１２に対して垂直に電流が流れ到達する第１の経路（第１の電流パス）、及び、点線で示すように補助電極に対して垂直に電流が流れ到達する第２の経路（第２の電流パス）が考えられる。
【００９８】
本発明では、第１の経路、第２の経路のうちのより短い経路（電流パス）を電流が流れるように、先述したように、柱状導電体にあってはその径を、壁状導電体状導電体にあってはその壁厚をできるだけ小さくして、補助電極（柱状導電体又は壁状導電体１５）を、ｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、ｈ≦ｄ≦２ｈを満たすように形成し、複合体電極を構成するのである。
【００９９】
このような複合体電極の構成によれば、活物質層１６における電流パスをより短いものとすることができ内部抵抗がより小さくなるので、（１）損失を抑制できる、（２）容量の低下を抑制することができる、（３）電気二重層キャパシタの出力ロスを低減できる、（４）活物質層１６の厚さを厚くすることができ、（５）内部抵抗による発熱を低減することができる等の効果を奏することができる。
【０１００】
図２（Ｃ）は、板状導電体１２に対して直立する柱状導電体又は壁状導電体１５が、ｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、ｈ≦ｄ≦２ｈを満たすように形成される場合における、活物質層における電流の流れる方向１９を説明する図である。
【０１０１】
図２（Ｄ）は、活物質層１６を、微小距離を結ぶ２点間を１つの抵抗で置換えた３次元抵抗網によって近似することを説明する図である。
【０１０２】
柱状導電体又は壁状導電体１５が、ｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、ｈ≦ｄ≦２ｈを満たすように形成されるので、図２（Ｃ）において、辺長が（ｄ／２）の２個の正方形の領域の活物質層１６から流れる電流の流れる方向１９は、柱状導電体又は壁状導電体１５、或いは、板状導電体１２に向かう垂直方向である。また、長辺がｄ、短辺が（ｈ−（ｄ／２））の矩形の領域にある活物質層１６から流れる電流の流れる方向１９は、柱状導電体又は壁状導電体１５に向かう垂直方向である。
【０１０３】
補助電極である柱状導電体又は壁状導電体１５がなければ、板状導電体１２から距離がｈ以下の領域にある活物質層１６から流れる電流の流れる方向１９は、板状導電体１２に向かう垂直方向である。図２（Ｃ）に示す例では、柱状導電体又は壁状導電体１５を設け、Ｄ≦２ｈとすることによって、（ｄ／２）＜ｈであるので、活物質層１６から流れる電流は最短の電流パスを流れ、低抵抗となり、柱状導電体又は壁状導電体１５、板状導電体１２に到達することになり、内部抵抗による損失を抑制することができる。
【０１０４】
このように、図２（Ｃ）に示す例では、板状導電体１２から垂直距離ｈにある点から流れる電流は、距離ｈよりも短い距離（ｄ／２）の電流パスを流れ板状導電体１２に到達するので、高抵抗となることがない。
【０１０５】
図２（Ｃ）において、対向する補助電極の間の距離がｄ＝２ｈである場合には、対向する補助電極から垂直距離ｈにあり、板状導電体１２から垂直距離ｈにある直線上の点における活物質層１６からの電流は、最短距離ｈの電流パスで補助電極又は板状導電体１２へ到達する。
【０１０６】
対向する補助電極の間の活物質層１６において、上記直線上の点を除いた活物質層１６の各点からの電流は、距離ｈ未満の電流パスで補助電極又は板状導電体１２へ到達する。即ち、電流パスの内部抵抗は、電流パスが長さ（距離ｈ）に相当する内部抵抗がＲhであるとすると、上記直線上の点からの電流パスではＲhに等しく、上記直線上の点を除いた点からの電流パスではＲh未満となる。
【０１０７】
また、図２（Ｃ）において、対向する補助電極の間の距離がｄ＝ｈである場合には、対向する補助電極の間の活物質層１６における全ての点からの電流は、距離（ｈ／２）以下の電流パスで補助電極又は板状導電体１２へ到達する。即ち、電流パスの内部抵抗は、（Ｒh／２）以下となる。
【０１０８】
図２（Ｃ）において、補助電極の高さｈを改めて高さ２ｈとおいて、Ｄ＝２ｈとおくと、この場合、高さ２ｈを有する補助電極が、この高さ等しい中心間隔で配置されていることになる。また、図２（Ｃ）において、補助電極の高さｈを改めて高さ２ｈとおいて、ｄ＝２ｈとおくと、この場合、高さ２ｈを有する補助電極が、この高さ等しい間隔で配置されていることになる。
【０１０９】
Ｄ＝２ｈ、ｄ＝２ｈとおいた何れの場合にも、補助電極の間において高さ２ｈの活物質層１６における各点からの電流は距離ｈ以下の電流パスで補助電極又は板状導電体１２へ到達する。即ち、電流パスの内部抵抗は、Ｒh以下となる。
【０１１０】
補助電極を形成することなく板状導電体１２の面に厚さｈの活物質層が形成された電極では、活物質層の各点から流れる電流パスの長さは距離ｈ以下であり、内部抵抗はこの長さｈに相当する抵抗以下となる。距離ｈの電流パスの内部抵抗をＲhとすると、上記のように、Ｄ＝２ｈ、ｄ＝２ｈとおいた何れの場合にも、内部抵抗はＲh以下となる。
【０１１１】
このことは、補助電極を形成しない電極における活物質層の厚さ（Ｈ＝ｈとする。）の２倍の高さ（２Ｈとなる。）を有する補助電極を設けこれらの間に活物質層１６を形成する、即ち、補助電極の中心間隔、或いは、補助電極の間隔を補助電極の高さと等しくすることによって、補助電極を形成しない電極における活物質層の厚さの２倍の厚さを有する複合体電極を構成することができ、活物質層１６の容積を増大させても、活物質層１６の各点から板状導電体１２へ流れる電流パスの内部抵抗はＲh以下であり、内部抵抗を増大させることなく、活物質層１６の各点からの電流を集電することができる、高性能な複合体電極を実現することができる。
【０１１２】
また、補助電極を形成することなく板状導電体１２の面に厚さＨ（＝ｈ）の活物質層が形成された電極と比較すると、補助電極の中心間隔又は補助電極の間隔が２Ｈであり、補助電極の高さがαＨ（但し、α≧２とする。）である複合体電極では、活物質層１６の容積を増大させても、活物質層１６の各点から板状導電体１２へ流れる電流パスの内部抵抗はＲh以下であり、内部抵抗を増大させることなく、活物質層１６の各点からの電流を集電することができる、高性能な複合体電極を実現することができる。
【０１１３】
次に、板状導電体１２の面に対して直立しないで傾斜して、補助電極として柱状導電体又は壁状導電体１５が形成された場合を説明する。
【０１１４】
＜複合体電極における電流の方向＞
図３は、本発明の実施の形態における、複合体電極における電流の方向を説明する断面図である。
【０１１５】
図３（Ａ）は、補助電極（柱状導電体又は壁状導電体１５）が板状導電体１２の面に直立して形成されている図２（Ｃ）において、柱状導電体又は壁状導電体１５の中心間距離Ｄが、ｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、ｈ≦ｄ≦２ｈを満たさないように形成される場合における、活物質層における電流の流れる方向１９を説明する図である。
【０１１６】
図３（Ａ）において、辺長がｈ（＝Ｌ）の２個の正方形の領域の活物質層１６から電流は、その流れる方向１９が、柱状導電体又は壁状導電体１５、或いは、板状導電体１２に向かう垂直方向であり、距離ｈよりも短い電流パスで、柱状導電体又は壁状導電体１５、或いは、板状導電体１２に到達する。
【０１１７】
また、長辺がｈ（＝Ｌ）、短辺が（ｄ−２ｈ）の矩形の領域にある活物質層１６から電流の流れる方向１９は、板状導電体１２に向かう垂直方向であり、この矩形の辺のうち板状導電体１２に対向する辺（太線で示す。）上の各点（端点を含む。）は、板状導電体１２から垂直距離ｈ（＝Ｌ）にある。長辺がｈ（＝Ｌ）、短辺が（ｄ−２ｈ）の矩形の領域にある活物質層１６から電流は、距離ｈの電流パスで、板状導電体１２に到達する。
【０１１８】
上記各点から流れる電流は距離ｈの電流パスを流れ、高抵抗となり、内部抵抗による損失を抑制することができない。このように、板状導電体１２に対向する辺（端点を含む）上記各点は抵抗の大きい領域（内部抵抗による損失が大きい領域）（太線上の点）１１となる。
【０１１９】
図３（Ａ）に示す例では、対向する柱状導電体又は壁状導電体１５の間の活物質層１６における上記各点を除く全ての点からの電流は、距離ｈ以下の電流パスで柱状導電体又は壁状導電体１５、或いは、板状導電体１２へ到達する。
【０１２０】
図３（Ｂ）に示す例は、板状導電体１２の面（ｘｙ面）と角度θで傾斜して、長さＬを有する円柱導電体１２が、間隔ｄをもって立設され、或いは、柱状導電体又は壁状導電体１５の中心間距離Ｄをもって立設され、板状導電体１２の面に高さｈを有する円柱導電体１２が形成されている状態を示している。
【０１２１】
図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）に示すように、板状導電体１２の面に対して柱状導電体又は壁状導電体１５が直立しないで角度θで傾斜して立設され、柱状導電体又は壁状導電体１５が、ｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、ｈ≦ｄ≦２ｈを満たさないように形成される場合における、活物質層における電流の流れる方向１９を説明する図である。なお、図３（Ｃ）に示す例において、ｄ＝２ｈとすると、辺長がＬ、（ｄ−２ｈ）の平行四辺形の領域が存在しなくなる。
【０１２２】
図３（Ｃ）において、辺長がＬ、ｈの右側の平行四辺形の領域の活物質層１６から流れる電流は、その流れる方向１９が、柱状導電体又は壁状導電体１５、或いは、板状導電体１２に向かう垂直方向であり、距離ｈよりも短い電流パスで、柱状導電体又は壁状導電体１５、或いは、板状導電体１２に到達する。
【０１２３】
辺長がＬ、ｈの左側の平行四辺形の領域の活物質層１６から流れる電流は、その流れる方向１９が、柱状導電体又は壁状導電体１５、或いは、板状導電体１２に向かう垂直方向、及び、柱状導電体又は壁状導電体１５に向かう板状導電体１２の面に平行な方向であり、距離ｈよりも短い電流パスで、柱状導電体又は壁状導電体１５、或いは、板状導電体１２に到達する。
【０１２４】
また、辺長がＬ、（ｄ−２ｈ）の平行四辺形の領域にある活物質層１６から流れる電流は、その流れる方向１９が、板状導電体１２に向かう垂直方向であり、この平行四辺形の辺のうち板状導電体１２に対向する辺（太線で示す。）上の各点（端点を含む。）は、板状導電体１２から垂直距離ｈにある。辺長がＬ、（ｄ−２ｈ）の平行四辺形の辺１１の領域にある活物質層１６から流れる電流は、距離ｈの電流パスで、板状導電体１２に到達する。
【０１２５】
上記各点から流れる電流は距離ｈの電流パスを流れ、高抵抗となり、内部抵抗による損失を抑制することができない。このように、板状導電体１２に対向する辺（端点を含む）上記各点は抵抗の大きい領域（内部抵抗による損失が大きい領域）（太線上の点）１１となる。
【０１２６】
図３（Ｃ）に示す例では、対向する柱状導電体又は壁状導電体１５の間の活物質層１６における上記各点を除く全ての点からの電流は、距離ｈ以下の電流パスで柱状導電体又は壁状導電体１５、或いは、板状導電体１２へ到達する。
【０１２７】
図３（Ｄ）は、板状導電体１２の面に対して柱状導電体又は壁状導電体１５が直立しないで角度θで傾斜して形成され、柱状導電体又は壁状導電体１５が、ｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、ｈ≦ｄ≦２ｈを満たすように形成される場合における、活物質層における電流の流れる方向１９を説明する図である。
【０１２８】
図３（Ｄ）において、辺長がＬ、ｈの右側の平行四辺形の領域の活物質層１６から流れる電流は、その流れる方向１９が、柱状導電体又は壁状導電体１５、或いは、板状導電体１２に向かう垂直方向であり、距離ｈよりも短い電流パスで、柱状導電体又は壁状導電体１５、或いは、板状導電体１２に到達する。
【０１２９】
辺長がＬ、ｈの左側の平行四辺形の領域の活物質層１６から流れる電流は、その流れる方向１９が、柱状導電体又は壁状導電体１５、或いは、板状導電体１２に向かう垂直方向、及び、柱状導電体又は壁状導電体１５に向かう板状導電体１２の面に平行な方向であり、距離ｈよりも短い電流パスで、柱状導電体又は壁状導電体１５、或いは、板状導電体１２に到達する。
【０１３０】
図３（Ｄ）に示す例では、対向する柱状導電体又は壁状導電体１５の間の活物質層１６における全ての点からの電流は、距離ｈよりも短い電流パスで柱状導電体又は壁状導電体１５、或いは、板状導電体１２へ到達する。
【０１３１】
図３（Ｄ）に示す例では、図３（Ａ）、図３（Ｂ）のように、抵抗の大きい領域（内部抵抗による損失が大きい領域）１１を生じることがない。板状導電体１２から垂直距離ｈにある点から流れる電流は、距離ｈよりも短い電流パスを流れ板状導電体１２に到達するので、高抵抗となることがなく、内部抵抗による損失を抑制することができきる。即ち、電流パスの内部抵抗は、活物質層１６の距離ｈに相当する抵抗未満となる。
【０１３２】
図３（Ｄ）に示す例において、ｄ＝ｈとすると、対向する柱状導電体又は壁状導電体１５の間の活物質層１６における全ての点からの電流は、距離（ｈ／２）よりも短い電流パスで柱状導電体又は壁状導電体１５、或いは、板状導電体１２へ到達する。即ち、電流パスの内部抵抗は、活物質層１６の距離（ｈ／２）に相当する抵抗未満となる。
【０１３３】
なお、図３（Ｄ）に示す例において、ｄ＝２ｈとすると、図３（Ｄ）は、図３（Ｃ）に示す例において、辺長がＬ、（ｄ−２ｈ）の平行四辺形の領域が存在しない図に一致する。
【０１３４】
図３（Ｄ）において、補助電極の高さｈを改めて高さ２ｈとおいて、Ｄ＝２ｈとおくと、この場合、高さ２ｈを有する補助電極が、この高さと等しい中心間隔で配置されていることになる。また、図２（Ｄ）において、補助電極の高さｈを改めて高さ２ｈとおいて、ｄ＝２ｈとおくと、この場合、高さ２ｈを有する補助電極が、この高さ等しい間隔で配置されていることになる。
【０１３５】
Ｄ＝２ｈ、ｄ＝２ｈとおいた何れの場合にも、補助電極の間において高さ２ｈの活物質層１６における各点からの電流は距離ｈ以下の電流パスで補助電極又は板状導電体１２へ到達する。即ち、電流パスの内部抵抗は、活物質層１６の距離ｈに相当する抵抗未満となる。
【０１３６】
補助電極を形成することなく板状導電体１２の面に厚さｈの活物質層が形成された電極では、活物質層の各点から流れる電流パスの長さは距離ｈ以下であり、内部抵抗はこの長さに相当する抵抗以下となる。距離ｈの電流パスの内部抵抗をＲhとすると、上記のように、Ｄ＝２ｈ、ｄ＝２ｈとおいた何れの場合にも、内部抵抗はＲh以下となる。
【０１３７】
このことは、補助電極を形成しない電極における活物質層の厚さ（Ｈ＝ｈとする。）の２倍の高さ（２Ｈとなる。）を有する補助電極を設けこれらの間に活物質層１６を形成する、即ち、補助電極の中心間隔、或いは、補助電極の間隔を補助電極の高さと等しくすることによって、補助電極を形成しない電極における活物質層の厚さの２倍の厚さを有する複合体電極を構成することができ、活物質層１６の容積を増大させても、活物質層１６の各点から板状導電体１２へ流れる電流パスの内部抵抗はＲh以下であり、内部抵抗を増大させることなく、活物質層１６の各点からの電流を集電することができる、高性能な複合体電極を実現することができる。
【０１３８】
また、補助電極を形成することなく板状導電体１２の面に厚さＨ（＝ｈ）の活物質層が形成された電極と比較すると、補助電極の中心間隔又は補助電極の間隔が２Ｈであり、補助電極の高さがαＨ（但し、α≧２とする。）である複合体電極では、活物質層１６の容積を増大させても、活物質層１６の各点から板状導電体１２へ流れる電流パスの内部抵抗はＲh以下であり、内部抵抗を増大させることなく、活物質層１６の各点からの電流を集電することができる、高性能な複合体電極を実現することができる。
【０１３９】
＜柱状導電体の正方格子配置を有する複合体電極＞
図４は、本発明の実施の形態における、複合体電極における補助電極である柱状導電体の正方格子配置を説明する図であり、図４（Ａ）は板状導電体の面に直立して形成された柱状導電体の正方格子配置を示す斜視図、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）は正方格子の断面図である。
【０１４０】
図４（Ａ）に示すように、断面が直径ｒの円、高さがｈである柱状導電体１２０が、板状導電体１１０の面に直立し、間隔ｄを置いて板状導電体１１０の面にｘ方向、ｙ方向に形成されている。柱状導電体１２０の中心軸の間の距離は、Ｄ＝ｄ＋ｒである。柱状導電体１２０と板状導電体１１０との接続点、及び、この接続点と反対側の柱状導電体１２０の端点がそれぞれ、四回対称軸をなし正方格子をなすように、柱状導電体１２０は、その中心軸が直立した状態で板状導電体１１０の面に形成されている。
【０１４１】
柱状導電体１２０の中心軸が、板状導電体１１０の面に対して直立した状態であっても、直立した状態から傾斜した状態であってもよい。また、柱状導電体１２０はその軸方向で直線状をなしていても、軸方向で屈曲し蛇行していてもよい。
【０１４２】
図４（Ｂ）は、Ｄ＝２ｈとする場合の正方格子のｘｙ面に平行な断面図を示、図４（Ｃ）は、Ｄ＝（√２）ｈとする場合の正方格子のｘｙ面に平行な断面図を示すが、図を簡略化するために柱状導電体１２０を図示せず、柱状導電体の中心軸１２０ａを示している。
【０１４３】
図４（Ｂ）に示す断面図は、板状導電体１１０の面から距離ｈにある断面内において、柱状導電体の中心軸１２０ａから距離ｈにある点を、点線で示す４個の４分の１円によって示している。ハッチングを付した領域にある点は、柱状導電体の中心軸１２０ａから距離ｈをこえる点であるが、板状導電体１１０の面から距離ｈにある。ハッチングを付した領域（上記の４個の３分の１円の周上の点を含む。）の活物質層（図示せず。）の点から流れる電流は、距離ｈの電流パスを流れ、板状導電体１１０又は柱状導電体１２０に到達する。
【０１４４】
この電流パスは、上記の点線で示す４個の４分の１円の内部の活物質層（図示せず。）の各点から流れる電流の板状導電体１１０又は柱状導電体１２０に到達する電流パスの長さよりも大きくなり、高抵抗となり、内部抵抗による損失が大きくなってしまう。このように、ハッチングを付した領域は、抵抗の大きい領域（内部抵抗による損失が大きい領域）１４０となる。
【０１４５】
この抵抗の大きい領域（内部抵抗による損失が大きい領域）１４０の面積は、柱状導電体１２０の径を無視しゼロと仮定する時、１つの正方格子の面積の２１．５％となる。
【０１４６】
図４（Ｃ）に示す断面図は、板状導電体１１０の面から距離ｈにある断面内において、柱状導電体の中心軸１２０ａから距離ｈにある点を、点線で示す４個の４分の１円によって示しているが、図４（Ｂ）に示す断面図におけるハッチングを付した領域は生じない。従って、図４（Ｂ）に示す例のように、内部抵抗による損失が大きくなってしまうことはない。
【０１４７】
図４（Ｃ）に示す例では、Ｄ＝（√２）ｈであり、柱状導電体の中心軸１２０ａの間の活物質層（図示せず。）の各点からの電流は、距離ｈ／（√２）以下（０．７０７ｈ以下）の電流パスで板状導電体１１０又は柱状導電体１２０に到達する。即ち、電流パスの内部抵抗は、活物質層（図示せず。）の距離０．７０７ｈに相当する抵抗以下となる。
【０１４８】
以上説明したように、柱状導電体１２０が、（√２）ｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、（√２）ｈ≦ｄ≦２ｈを満たすように形成されていれば、上記のハッチングを付した領域（内部抵抗による損失が大きい領域）の活物質層（図示せず。）を除いて、活物質層（図示せず。）の各点からの電流は、距離ｈ未満の電流パスで板状導電体１１０又は柱状導電体１２０に到達する。即ち、電流パスの内部抵抗は、活物質層（図示せず。）の距離ｈに相当する抵抗未満となる。
【０１４９】
柱状導電体１２０の径を無視しゼロと仮定する時、（√２）ｈ≦Ｄ≦２ｈを満たせば、活物質層（図示せず。）のうち、板状導電体１１０の面から距離ｈにおける１つの正方格子の面積の２１．５％のみの領域の各点から流れる電流の電流パスが距離ｈであり、その他の活物質層（図示せず。）の各点から流れる電流の電流パスが距離ｈ未満である。即ち、殆どの電流パスの内部抵抗は、活物質層（図示せず。）の距離ｈに相当する抵抗未満となる。
【０１５０】
柱状導電体１２０の間の距離がｄ＝ｈである場合には、柱状導電体１２０の間の活物質層（図示せず。）における全ての点からの電流は、距離（ｈ／２）以下の電流パスで柱状導電体１２０又は板状導電体１１０へ到達する。即ち、電流パスの内部抵抗は、活物質層（図示せず。）の距離（ｈ／２）に相当する抵抗以下となる。
【０１５１】
なお、図１（Ｄ）に示すような、補助電極を形成することなく板状導電体１２の面に厚さＨの活物質層１６が形成された電極（活物質層の各点から流れる電流パスの内部抵抗が距離Ｈに相当するＲH以下である。）電極と比較すると、図４（Ｂ）において、補助電極（柱状導電体１２０）の高さをαＨ（但し、α≧１とする。）とした場合、Ｈ＝ｈとして、補助電極の間隔ｄが、Ｈ≦ｄ≦２Ｈを満たす複合体電極では、柱状導電体の中心１２０ａから半径ｈにある領域の活物質層（図示せず。）の各点から板状導電体１１０へ到達する電流パスの内部抵抗はＲH以下となるが、板状導電体１１０から高さｈを越える抵抗の大きい領域（内部抵抗による損失が大きい領域）１４０の活物質層（図示せず。）の各点から板状導電体１１０へ到達する電流パスの内部抵抗はＲHを超えるものとなる。
【０１５２】
一方、図４（Ｃ）において、Ｈ＝ｈとして、補助電極（柱状導電体１２０）の高さをαＨ（但し、α≧１とする。）とした場合、Ｈ＝ｈとして、補助電極の間隔ｄが、Ｈ≦ｄ≦２Ｈを満たす複合体電極では、補助電極の間の活物質層（図示せず。）の各点から板状導電体１１０へ到達する電流パスの内部抵抗はＲH以下となる。
【０１５３】
＜柱状導電体の六方格子配置を有する複合体電極＞
図５は、本発明の実施の形態における、複合体電極における補助電極である柱状導電体の配置の他の例を説明する図であり、図５（Ａ）は板状導電体の面に垂直に形成された柱状導電体の六方格子配置を示す斜視図、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）は六方格子の断面図である。
【０１５４】
図５に示すように、複合体電極における柱状導電体の配置は、図４に示す例の他に、柱状導電体１２０と板状導電体１１０との接続点、及び、この接続点と反対側の柱状導電体１２０の端点がそれぞれ、六回対称軸をなし六方格子をなすように、柱状導電体１２０はその中心軸が直立した状態で板状導電体１１０の面に形成されていてもよい。柱状導電体１２０の中心軸の間の距離は、Ｄ＝ｄ＋ｒである。
【０１５５】
柱状導電体１２０の中心軸が、板状導電体１１０の面に対して直立した状態であっても、直立した状態から傾斜した状態であってもよい。また、柱状導電体１２０はその軸方向で直線状をなしていても、軸方向で屈曲し蛇行していてもよい。
【０１５６】
図５（Ｂ）は、Ｄ＝２ｈとする場合の六方格子のｘｙ面に平行な断面図を示し、図５（Ｃ）は、Ｄ＝（√３）ｈとする場合の六方格子のｘｙ面に平行な断面図を示すが、図を簡略化するために柱状導電体１２０を図示せず、柱状導電体の中心軸１２０ａを示している。
【０１５７】
図５（Ｂ）に示す断面図は、板状導電体１１０の面から距離ｈにある断面内において、柱状導電体の中心軸１２０ａから距離ｈにある点を、点線で示す円、６個の３分の１円によって示している。ハッチングを付した領域にある点は、柱状導電体の中心軸１２０ａから距離ｈをこえる点であるが、板状導電体１１０の面から距離ｈにある。ハッチングを付した領域（上記の点線で示す円、６個の３分の１円のそれぞれの周上の点を含む。）の活物質層（図示せず。）の点から流れる電流は、距離ｈの電流パスを流れ、板状導電体１１０又は柱状導電体１２０に到達する。
【０１５８】
この電流パスは、上記の点線で示す円、６個の３分の１円のそれぞれの内部の活物質層（図示せず。）の各点から流れる電流の板状導電体１１０又は柱状導電体１２０に到達する電流パスの長さよりも大きくなり、高抵抗となり、内部抵抗による損失が大きくなってしまう。このように、ハッチングを付した領域は、内部抵抗の大きい領域（内部抵抗による損失が大きい領域）１４０となる。
【０１５９】
この抵抗の大きい領域（内部抵抗による損失が大きい領域）１４０の面積は、柱状導電体１２０の径を無視しゼロと仮定する時、１つの六方格子の面積の９．３％となる。
【０１６０】
図５（Ｃ）に示す断面図は、板状導電体１１０の面から距離ｈにある断面内において、柱状導電体の中心軸１２０ａから距離ｈにある点を、点線で示す円、点線で示す６個の３分の１円によって示しているが、図５（Ｂ）に示す断面図におけるハッチングを付した領域は生じない。従って、図５（Ｂ）に示す例のように、内部抵抗による損失が大きくなってしまうことはない。
【０１６１】
図５（Ｃ）に示す例では、Ｄ＝（√３）ｈであり、柱状導電体の中心軸１２０ａの間の活物質層（図示せず。）の各点からの電流は、距離（√３）ｈ／２以下（０．８６６ｈ以下）の電流パスで板状導電体１１０又は柱状導電体１２０に到達する。即ち、電流パスの内部抵抗は、活物質層（図示せず。）の距離０．８６６ｈに相当する抵抗以下となる。
【０１６２】
以上説明したように、柱状導電体１２０が、（√３）ｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、（√３）ｈ≦ｄ≦２ｈを満たすように形成されていれば、上記のハッチングを付した領域（内部抵抗による損失が大きい領域）の活物質層（図示せず。）を除いて、活物質層（図示せず。）の各点からの電流は、距離ｈ未満の電流パスで板状導電体１１０又は柱状導電体１２０に到達する。即ち、電流パスの内部抵抗は、活物質層（図示せず。）の距離ｈに相当する抵抗未満となる。
【０１６３】
柱状導電体１２０の径を無視しゼロと仮定する時、（√３）ｈ≦Ｄ≦２ｈを満たせば、活物質層（図示せず。）のうち、板状導電体１１０の面から距離ｈにおける１つの正方格子の面積の９．３％のみの領域の各点から流れる電流の電流パスが距離ｈであり、その他の活物質層（図示せず。）の各点から流れる電流の電流パスが距離ｈ未満である。即ち、殆どの電流パスの内部抵抗は、活物質層（図示せず。）の距離ｈに相当する抵抗未満となる。
【０１６４】
柱状導電体１２０の間の距離がｄ＝ｈである場合には、柱状導電体１２０の間の活物質層（図示せず。）における全ての点からの電流は、距離（ｈ／２）以下の電流パスで柱状導電体１２０又は板状導電体１１０へ到達する。即ち、電流パスの内部抵抗は、活物質層（図示せず。）の距離（ｈ／２）に相当する抵抗以下となる。
【０１６５】
なお、図１（Ｄ）に示すような、補助電極を形成することなく板状導電体１２の面に厚さＨの活物質層１６が形成された電極（活物質層の各点から流れる電流パスの内部抵抗が距離Ｈに相当するＲH以下である。）電極と比較すると、図５（Ｂ）において、補助電極（柱状導電体１２０）の高さをαＨ（但し、α≧１とする。）とした場合、Ｈ＝ｈとして、補助電極の間隔ｄが、Ｈ≦ｄ≦２Ｈを満たす複合体電極では、柱状導電体の中心１２０ａから半径ｈにある領域の活物質層（図示せず。）の各点から板状導電体１１０へ到達する電流パスの内部抵抗はＲH以下となるが、板状導電体１１０から高さｈを越える抵抗の大きい領域（内部抵抗による損失が大きい領域）１４０の活物質層（図示せず。）の各点から板状導電体１１０へ到達する電流パスの内部抵抗はＲHを超えるものとなる。
【０１６６】
一方、図５（Ｃ）において、Ｈ＝ｈとして、補助電極（柱状導電体１２０）の高さをαＨ（但し、α≧１とする。）とした場合、Ｈ＝ｈとして、補助電極の間隔ｄが、Ｈ≦ｄ≦２Ｈを満たす複合体電極では、補助電極の間の活物質層（図示せず。）の各点から板状導電体１１０へ到達する電流パスの内部抵抗はＲH以下となる。
【０１６７】
（柱状導電体の形成）
図４、図５、及び、後述する図１０に示す柱状導電体１２０は、例えば、次のようにしてカーボンナノチューブ、金属によって形成することができる。柱状導電体１２０の軸方向に垂直な断面形状は円形、楕円形、正方形、矩形等の任意の形状とすることができる。
【０１６８】
補助電極としてカーボンナノチューブからなる柱状導電体１２０は、次のようにして板状導電体１１０の面に形成することができる。所望の断面形状と所望の配列を有して柱状導電体１２０が、板状導電体１１０の面に形成されるように、カーボンナノチューブの成長の核となる触媒金属微粒子を、板状導電体１１０のパターニング化された領域の面に形成する必要がある。
【０１６９】
このため、上記所望の断面形状に対応する形状を有する開口部が上記所望の配列に対応して形成されたマスクを使用して、例えば、スパッタ蒸着等によって触媒となる金属を板状導電体１１０の表面に蒸着し、厚さが制御された触媒金属薄層をパターニング化された上記領域に形成する。触媒となる金属は、例えば、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、又はこれらの合金等である。
【０１７０】
形成された触媒金属薄層を高温で加熱することによって、パターニング化された上記領域に触媒金属微粒子（この触媒金属微粒子の粒径は触媒金属薄層の厚さによって規定される。）が形成される。化学的気相成長（ＣＶＤ）法等によって、触媒金属微粒子が形成された領域に、垂直配向成長した複数本のカーボンナノチューブの集合からなる構造体として、柱状導電体１２０を形成させることができる。
【０１７１】
補助電極として金属からなる柱状導電体１２０を形成する場合には、板状導電体１１０の表面に絶縁膜を形成し、この絶縁膜に所望の形状と配列を有する孔のパターンを形成し、スパッタ法、ＣＶＤ法、メッキ法等により、Ａｌ合金、Ｃｕ等の金属を孔に埋め込んだ後、化学的機械研磨（ＣＭＰ）等によって除去し、所望の高さｈを有する金属柱（柱状導電体１２０）を上記のパターンで形成することができる。
【０１７２】
或いは、板状導電体１１０の表面に所望の高さを有するＡｌ合金、Ｃｕ等によって金属膜（厚さｈを有する。）を形成し、所望の断面形状と配列を有する金属柱（柱状導電体１２０）が形成されるようなマスクを使用して金属膜をエッチング処理することによって、所望の断面形状、配列、高さｈを有する金属柱（柱状導電体１２０）を形成することができる。
【０１７３】
＜壁状導電体を有する複合体電極＞
図６は、本発明の実施の形態における、複合体電極における補助電極である壁状導電体の配置を説明する図であり、図６（Ａ）は斜視図、図６（Ｂ）は平面図である。
【０１７４】
図６（Ａ）に示すように、壁導電体１３０が板状導電体１１０の面に形成され、図６（Ｂ）に示すように、壁状導電体１３０の間に活性物質が充填され活性物質層１６が形成されている。
【０１７５】
図６（Ａ）に示すように、壁厚ｔと高さｈを有する壁状導電体１３０が、間隔ｄを置いて板状導電体１１０の面にｘ方向に形成されている。壁状導電体１３０は、ｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、ｈ≦ｄ≦２ｈを満たすように形成されている。壁状導電体１３０は、活物質層１６の電気抵抗より小さい電気抵抗を有する材料によって形成される。壁状導電体１３０の壁厚中心面の間の距離はＤ＝ｄ＋ｔである。壁状導電体１３０はその壁厚中心面が直立した状態で板状導電体１１０の面に形成されている。
【０１７６】
図６に示す例では、壁状導電体１３０は、その壁厚中心面が板状導電体１１０の面に対して直立した状態で立設されているが、直立した状態から傾斜した状態で立設されていてもよい。
【０１７７】
図６（Ａ）に示す壁状導電体１３０の壁厚中心面はｚｙ面に平行であるが、ｚｙ面に非平行であってもよい。また、板状導電体１１０の面に形成される壁状導電体１３０の壁厚中心面は、ｚ方向及び／又はｙ方向で凹凸をなし、蛇行する面をなしていてもよい。
【０１７８】
なお、図１（Ｄ）に示すような、補助電極を形成することなく板状導電体１２の面に厚さＨの活物質層１６が形成された電極（活物質層の各点から流れる電流パスの内部抵抗が距離Ｈに相当するＲH以下である。）電極と比較すると、図６（Ｂ）において、補助電極（壁状導電体１３０）の高さをαＨ（但し、α≧１とする。）とした場合、Ｈ＝ｈとして、補助電極の間隔ｄが、Ｈ≦ｄ≦２Ｈを満たす複合体電極では、補助電極の間の活物質層１６の各点から板状導電体１１０へ到達する電流パスの内部抵抗はＲH以下となる。
【０１７９】
＜ハニカム状導電体を有する複合体電極＞
図７は、本発明の実施の形態における、複合体電極における補助電極である壁状導電体の配置の他の例を説明する図であり、ハニカム状導電体を有する複合体電極の構造の例を説明する図であり、図７（Ａ）は正方形をなす空部を有するハニカム状導電体の配置を示す平面図及び斜視図、図７（Ｂ）は正六角形をなす空部を有するハニカム状導電体の配置を示す平面図及び斜視図である。
【０１８０】
図７（Ａ）に示す例は、板状導電体１１０の面に平行な断面が正方形をなす空部１５０を有するハニカム状導電体の配置を示す図であり、複合体電極は、高さｈ、壁厚ｔを有し内径ｄの貫通孔を有するハニカム状導電体１３５が板状導電体１１０の面に接続された構造を有しており、空部１５０に活物質が充填されている。なお、壁の中心間距離Ｄは（ｄ＋ｔ）であり、（√２）ｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、（√２）ｈ≦ｄ≦２ｈを満たすように設定されている。
【０１８１】
図７（Ｂ）に示す例は、板状導電体１１０の面に平行な断面が正六方形をなす空部１５０を有するハニカム状導電体の配置を示す図であり、複合体電極は、高さｈ、壁厚ｔを有し、間隔ｄで対向する壁と内部の辺長ａの貫通孔を有するハニカム状導電体１３５が板状導電体１１０の面に接続された構造を有しており、空部１５０に活物質が充填されている。なお、壁の中心間距離Ｄは（ｄ＋ｔ）であり、（√３）ｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、（√３）ｈ≦ｄ≦２ｈを満たすように設定されている。
【０１８２】
図７に示す例では、間隔ｄで対向する壁が板状導電体１１０の面に直立して形成される場合を示しているが、間隔ｄで対向する壁が板状導電体１１０の面に対して傾斜して形成されていてもよい。
【０１８３】
なお、図１（Ｄ）に示すような、補助電極を形成することなく板状導電体１２の面に厚さＨの活物質層１６が形成された電極（活物質層の各点から流れる電流パスの内部抵抗が距離Ｈに相当するＲH以下である。）電極と比較すると、図７において、補助電極（壁状導電体１３５）の高さをαＨ（但し、α≧１とする。）とした場合、Ｈ＝ｈとして、補助電極の間隔ｄが、Ｈ≦ｄ≦２Ｈを満たす複合体電極では、補助電極の間の活物質層（図示せず。）の各点から板状導電体１１０へ到達する電流パスの内部抵抗はＲH以下となる。
【０１８４】
（壁状導電体の形成）
図６、図７、及び、後述する図１０に示す壁状導電体１３０、ハニカム状導電体１３５、壁状導電体片１３０ａ、ハニカム状導電体片１３５ａは、は、例えば、次のようにしてカーボンナノチューブ、金属によって、板状導電体１１０の面に形成することができる。
【０１８５】
補助電極としてカーボンナノチューブからなる壁状導電体１３０、ハニカム状導電体１３５、壁状導電体片１３０ａ、ハニカム状導電体片１３５ａを形成する場合には、次のようにして板状導電体１１０の面に形成することができる。所望の断面形状と所望の配列を有して壁状導電体が、１１０導電体の面に形成されるように、カーボンナノチューブの成長の核となる触媒金属微粒子を、板状導電体１１０のパターニング化された領域の面に形成する必要がある。
【０１８６】
このため、上記所望の断面形状に対応する形状を有する開口部が上記所望の配列に対応して形成されたマスクを使用して、例えば、スパッタ蒸着等によって触媒となる金属を板状導電体１１０の表面に蒸着し、厚さが制御された触媒金属薄層をパターニング化された上記領域に形成する。触媒となる金属は、例えば、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、又はこれらの合金等である。
【０１８７】
形成された触媒金属薄層を高温で加熱することによって、パターニング化された上記領域に触媒金属微粒子（この触媒金属微粒子の粒径は触媒金属薄層の厚さによって規定される。）が形成される。化学的気相成長（ＣＶＤ）法等によって、触媒金属微粒子が形成された領域に、垂直配向成長した複数本のカーボンナノチューブの集合からなる構造体として、壁状導電体を形成させることができる。
【０１８８】
補助電極として金属からなる壁状導電体１３０、ハニカム状導電体１３５、壁状導電体片１３０ａ、ハニカム状導電体片１３５ａを形成する場合には、板状導電体１１０の表面に絶縁膜を形成し、この絶縁膜に所望の形状と配列を有する、壁状導電体１３０、ハニカム状導電体１３５、壁状導電体片１３０ａ、ハニカム状導電体片１３５ａを形成するための孔のパターンを形成し、スパッタ法、ＣＶＤ法、メッキ法等により、Ａｌ合金、Ｃｕ等の金属を孔に埋め込んだ後、化学的機械研磨（ＣＭＰ）等によって除去し、所望の高さｈを有する、壁状導電体１３０、ハニカム状導電体１３５、壁状導電体片１３０ａ、ハニカム状導電体片１３５ａを上記のパターンで形成することができる。
【０１８９】
或いは、板状導電体１１０の表面に所望の高さを有するＡｌ合金、Ｃｕ等によって金属膜（厚さｈを有する。）を形成し、所望の断面形状と配列を有する、壁状導電体１３０、ハニカム状導電体１３５、壁状導電体片１３０ａ、ハニカム状導電体片１３５ａが形成されるようなマスクを使用して金属膜をエッチング処理することによって、所望の断面形状、配列、高さｈを有する、壁状導電体１３０、ハニカム状導電体１３５、壁状導電体片１３０ａ、ハニカム状導電体片１３５ａを形成することができる。
【０１９０】
＜複合体電極が分極性電極として使用される電気二重層キャパシタ＞
図８は、本発明の実施の形態における、電気二重層キャパシタの概略構造を説明する断面図であり、図８（Ａ）は全体を示す図、図８（Ｂ）は多孔質炭素における電流の流れる方向１９を説明する部分拡大図である。
【０１９１】
図８（Ａ）に示すように、電気二重層キャパシタ（Electric Double Layer Capacitor：ＥＤＬＣ））は、セパレータ１３を挟んで配置された分極性電極（正極）１０ａ及び分極性電極（負極）１０ｂと、分極性電極（正極）１０ａに接合された正極集電体１２ａと、分極性電極（負極）１０ｂに接合された負極集電体１２ｂと、電解質液１７に対して不溶性、耐食性を有し、セパレータ１３と分極性電極１０ａ、１０ｂの間の隙間を防ぎ、電解質液１７の漏れを防ぎ、密封、封止するためのガスケット１４から構成されている。正極集電体１２ａ、負極集電体１２ｂは、先述した板状導電体１２（図１、図２、図３）、板状導電体１１０（図４〜図７）に対応している。
【０１９２】
（分極性電極）
分極性電極（正極）１０ａは活物質である多孔質炭素１６ａ、カーボンナノチューブ１５ａからなる補助電極からなり、分極性電極（負極）１０ｂは活物質である多孔質炭素１６ｂ、カーボンナノチューブ１５ｂからなる補助電極からなる。
【０１９３】
正極集電体１２ａに接続して形成されたカーボンナノチューブ１５ａの間は多孔質炭素１６ａによって、負極集電体１２ｂに接続して形成されたカーボンナノチューブ１５ｂの間は多孔質炭素１６ｂによって充填されている。
【０１９４】
多孔質炭素１６ａ、多孔質炭素１６ｂ、セパレータ１３には、電解質が非プロトン性溶媒に溶解された電解質液１７が含浸されている。多孔質炭素１６ａ、多孔質炭素１６ｂと電解質液１７との間に形成される界面（電気二重層）に電荷が蓄えられ、電気エネルギーが貯蔵される。
【０１９５】
多孔質炭素１６ａ、１６ｂは、導電性炭素材料であり、例えば、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、木炭や石炭等を原料とする活性炭類、合成繊維や石油ピッチ系原料等を炭化した炭素繊維類、フェノール樹脂等の有機樹脂の焼成体、コークス等の粉状体等である。
【０１９６】
分極性電極１０ａ、１０ｂの形成において、多孔質炭素１６ａ、１６ｂは、導電助剤、結着剤と共に使用される。
【０１９７】
導電助剤は、多孔質炭素１６ａ、１６ｂの間の電気的接触を補助して導電性を向上させ、電極の成形性を向上させる目的で使用され、例えば、黒鉛系炭素材料（カーボンブラックや天然黒鉛等）、金属微粒子或いは金属繊維（Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等）、導電性金属酸化物微粒子（酸化ルテニウム、酸化チタン等）、導電性高分子（ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等）が使用される。
【０１９８】
結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、クロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素含有樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等が使用される。
【０１９９】
（カーボンナノチューブ）
補助電極としての柱状導電体であるカーボンナノチューブ１５ａ、１５ｂは、例えば、次のようにして集電体（正極集電体１２ａ、負極集電体１２ｂ）の面に形成することができる。所望の断面形状と所望の配列を有して柱状導電体が、集電体の面に形成されるように、カーボンナノチューブの成長の核となる触媒金属微粒子を、集電体のパターニング化された領域の面に形成する必要がある。
【０２００】
このため、上記所望の断面形状に対応する形状を有する開口部が上記所望の配列に対応して形成されたマスクを使用して、例えば、スパッタ蒸着等によって触媒となる金属を集電体の表面に蒸着し、厚さが制御された触媒金属薄層をパターニング化された上記領域に形成する。触媒となる金属は、例えば、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、又はこれらの合金等である。
【０２０１】
形成された触媒金属薄層を高温で加熱することによって、パターニング化された上記領域に触媒金属微粒子（この触媒金属微粒子の粒径は触媒金属薄層の厚さによって規定される。）が形成される。化学的気相成長（ＣＶＤ）法等によって、触媒金属微粒子が形成された領域に、垂直配向成長した複数本のカーボンナノチューブの集合からなる構造体として、柱状導電体を形成させることができる。
【０２０２】
（電解質液）
電解質として、例えば、（Ｃ2Ｈ5）4ＮＢＦ4、（Ｃ2Ｈ5）4ＮＰＦ4、（Ｃ2Ｈ5）4ＮＣｌＯ4、（Ｃ2Ｈ5）3ＣＨ3ＮＢＦ4、（ＣＨ3）4ＮＢＦ4等のテトラアルキルアンモニウム塩やアルキレン基を有する４級アンモニウム塩、ホスホニウム塩、これらのアルキル基やアルキレン基のＨの少なくとも１つがＦ等のハロゲンに置換されたハロゲン化アンモニウム塩等のオニウム塩等イオン解離性塩が使用される。
【０２０３】
非プロトン性溶媒として、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン等の環状炭酸エステル類、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル等の鎖状炭酸エステル類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状カルボン酸エステル類、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等の鎖状カルボン酸エステル類、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３−メトキシプロピオニトリル等のニトリル類、スルホラン、トリメチルホスフェート等が使用される。
【０２０４】
（セパレータ）
セパレータ１３は、イオン透過度が大きく、電解質に対して不溶性、耐食性を有し、セルロース、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミド、フッ素樹脂、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ガラス繊維やセラミクス等からなる多孔質フィルム、不織布又は抄紙等からなり、電解質液１７が含浸されており、分極性電極（正極）１０ａと分極性電極（負極）１０ｂの短絡を防ぎ、電解質イオンが移動できる孔経路を有している。
【０２０５】
（集電体）
正極集電体１２ａ、負極集電体１２ｂとしては、例えば、ニッケル、アルミニウム、チタン、銅、金、銀、白金、アルミニウム合金、ステンレス等の金属、その他の導電性材料が使用される。
【０２０６】
（ガスケット）
ガスケット１４としては、例えば、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルスルホン樹脂、フッ素樹脂等が使用できる。
【０２０７】
図８（Ｂ）は、本発明の実施の形態における、電気二重層キャパシタの概略構造を説明する部分拡大断面図であり、電流の流れる方向を説明する図であり、電気二重層キャパシタの充電（蓄電）時での活物質層（多孔質炭素１６ａ、１６ｂ）における電流の流れる方向を示し、正極集電体１２ａに負の電位、負極集電体１２ｂに正電位がそれぞれ印加された状態を示している。
【０２０８】
図８（Ｂ）に示すように、集電体（正極集電体１２ａ、負極集電体１２ｂ）の面に柱状導電体（カーボンナノチューブ１５ａ、１５ｂ）が、ｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、ｈ≦ｄ≦２ｈを満たすように形成されている。辺長が（ｄ／２）の２個の正方形の領域の活物質層（多孔質炭素１６ａ、１６ｂ）から流れる電流の流れる方向１９は、カーボンナノチューブ１５ａ、１５ｂ、又は、集電体（正極集電体１２ａ、負極集電体１２ｂ）に向かう垂直方向である。また、長辺がｄ、短辺が（ｈ−（ｄ／２））の矩形の領域にある活物質層（多孔質炭素１６ａ、１６ｂ）から流れる電流の流れる方向１９は、カーボンナノチューブ１５ａ、１５ｂに向かう垂直方向である。
【０２０９】
カーボンナノチューブ１５ａ、１５ｂがなければ、集電体（正極集電体１２ａ、負極集電体１２ｂ）から距離がｈ以下の領域にある活物質層（多孔質炭素１６ａ、１６ｂ）から流れる電流の流れる方向１９は、集電体に向かう垂直方向である。
【０２１０】
図８に示す例では、カーボンナノチューブ１５ａ、１５ｂを設け、Ｄ≦２ｈとすることによって、（ｄ／２）＜ｈであるので、活物質層（多孔質炭素１６ａ、１６ｂ）から流れる電流は最短の電流パスを流れ、低抵抗となり、カーボンナノチューブ９０ａ、９０ｂ、集電体（正極集電体１２ａ、負極集電体１２ｂ）に到達することになり、内部抵抗による損失を抑制することができる。
【０２１１】
このように、図８示す例では、集電体（正極集電体１２ａ、負極集電体１２ｂ）から垂直距離ｈにある点から流れる電流は、距離ｈよりも短い電流パスを流れ集電体に到達するので、高抵抗となることがない。
【０２１２】
＜複合体電極が活物質電極として使用される固体リチウムイオン電池＞
図９は、本発明の実施の形態における、リチウムイオン電池の概略構造を説明する断面図であり、図９（Ａ）は全体を示す図、図９（Ｂ）は負極活物質層及び正極活物質層における電流の流れる方向を説明する部分拡大図である。
【０２１３】
図９（Ａ）に示すように、リチウムイオン電池は、正極側集電体層３０、正極活物質層４０、電解質層５０、負極活物質層６４、負極側集電体層７０が、順次、電気絶縁性基板２０の上に形成された積層体を有している。この積層体の全体を覆うように、例えば、紫外線硬化樹脂からなる全体保護層８０が形成されている。正極側集電体層３０、負極側集電体層７０は、先述した板状導電体１２（図１、図２、図３）、板状導電体１１０（図４〜図７）に対応している。
【０２１４】
負極側集電体層に接続して形成されたカーボンナノチューブ９０ａの間は負極活物質層６４によって、正極側集電体層７０に接続して形成されたカーボンナノチューブ９０ｂの間は正極活物質層４０によって充填されている。
【０２１５】
図９（Ａ）に示すリチウムイオン電池の層構成は、電気絶縁性基板／正極側集電体層／正極活物質層／電解質層／負極活物質層／負極側集電体層／全体保護層である。電解質層として、固体電解質、ゲル電解質を使用することができる。
【０２１６】
なお、電気絶縁性基板２０の上に、上記の積層体の複数が、順次、積層されて形成され、直列に電気的に接続され、全体保護層８０によって被覆された構成とすることもできる。また、電気絶縁性基板２０の上に、上記の積層体の複数が並置されて形成され、並列又は直列に電気的に接続され、全体保護層８０によって被覆された構成とすることもできる。
【０２１７】
また、上記の積層体の形成において、負極側集電体層７０、負極活物質層６４、電解質層５０、正極活物質層４０、正極側集電体層３０の順に、電気絶縁性基板２０の上に形成することもできる。即ち、電池の層構成を、電気絶縁性基板／負極側集電体層／負極活物質層／電解質層／正極活物質層／正極側集電体層／全体保護層とすることもできる。
【０２１８】
（電気絶縁性基板）
電気絶縁性基板２０として、無機絶縁性基板の他に、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂基板、フッ素樹脂基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基板、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）基板、ポリイミド（ＰＩ）基板、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）基板、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）基板、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）基板等の有機絶縁性基板を使用することができる。
【０２１９】
（正極活物質層）
正極活物質層４０は、例えば、ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、Ｌｉ2Ｍｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＣｏ2Ｏ4、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＮｉ2Ｏ4、ＬｉＭｎＣｏＯ4、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12、ＬｉＴｉ2Ｏ4、ＬｉＦｅＰＯ4等を使用して形成することができる。
【０２２０】
なお、負極活物質層６４、正極活物質層４０は、金属単体を使用する場合を除けば、例えば、酸化物等を使用する場合には、柱状導電体（例えば、カーボンナノチューブ９０ａ、９０ｂ）が形成された集電体（正極側集電体３０、負極側集電体７０）に対して、スパッタリング法等の薄膜成膜プロセスを適用して形成することができる。
【０２２１】
（負極活物質層）
負極活物質層６４は、例えば、金属リチウム、リチウム合金（例えば、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｉｎ、Ｃａ、Ｓｂを含む合金）、Ｓｉ合金（例えば、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｃｒの何れかを含む合金）、Ｓｎ合金（例えば、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｃｒの何れかを含む合金）、金属硫化物（例えば、ＮｉＳ、ＭｏＳ、ＬｉＴｉＳ2等）、金属酸化物（例えば、酸化鉄（ＦｅＯ2等）、酸化タングステン（ＷＯ2）、酸化マンガン（ＭｎＯ2）、ＬｉＷＯ2、ＬｉＭｏＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＳｎＯ2、ＮｉＯ、ＴｉＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5等）、金属窒化物（例えば、ＬｉＮ3、ＢＣ2Ｎ等）、リチウム複合酸化物、黒鉛やコークス等の炭素材料を使用して形成することできる。
【０２２２】
なお、負極活物質層６４、正極活物質層４０は、必要に応じて、先述した電気二重層キャパシタの分極性電極１０ａ、１０ｂの形成において使用したものと同様の、導電助剤、結着剤を使用して形成することができる。
【０２２３】
（カーボンナノチューブ）
補助電極としての柱状導電体であるカーボンナノチューブ９０ａ、９０ｂは、例えば、次のようにして集電体（負極側導電体層７０、正極側導電体層３０）の面に形成することができる。所望の断面形状と所望の配列を有して柱状導電体が集電体の面に形成されるように、カーボンナノチューブの成長の核となる触媒金属微粒子を、集電体のパターニング化された領域の面に形成する必要がある。
【０２２４】
このため、上記所望の断面形状に対応する形状を有する開口部が上記所望の配列に対応して形成されたマスクを使用して、例えば、スパッタ蒸着等によって触媒となる金属を集電体の表面に蒸着し、厚さが制御された触媒金属薄層をパターニング化された上記領域に形成する。触媒となる金属は、例えば、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、又はこれらの合金等である。
【０２２５】
形成された触媒金属薄層を高温で加熱することによって、パターニング化された上記領域に触媒金属微粒子（この触媒金属微粒子の粒径は触媒金属薄層の厚さによって規定される。）が形成される。化学的気相成長（ＣＶＤ）法等によって、触媒金属微粒子が形成された領域に、垂直配向成長した複数本のカーボンナノチューブの集合からなる構造体として、柱状導電体を形成させることができる。
【０２２６】
（集電体）
集電体（正極側集電体３０、負極側集電体７０）として、例えば、銅、ステンレス、ニッケル等を使用することができる。集電体の形状は、例えば、箔状、板状、メッシュ（グリッド）状である。
【０２２７】
（電解質層）
電解質層５０として、無機電解質、ゲル電解質、真性ポリマー電解質を使用することができる。
【０２２８】
真性ポリマー電解質は、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド等のポリアルキレンエーテル系高分子化合物に、リチウムスルホンイミド、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＯ（ＳＯ2ＣＦ3）等のリチウム塩をポリマーマトリックスに保持させることによって得られる。
【０２２９】
ゲル電解質は、例えば、リチウム塩を含有した非プロトン性溶媒をポリマーマトリックスに保持させて得られる電解質である。例えば、ＬｉＣｌＯ4を炭酸プロピレン−炭酸エチレン（ＰＣ−ＥＣ）中に溶かしたもの）をポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）等のポリマーマトリックスに保持させることによって得られる。
【０２３０】
ゲル電解質、真性ポリマー電解質の形成に使用することができる高分子として、例えば、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリビニルピロリドン、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレノキシドジアクリレート、エチレンオキシド等を含むアクリレートと多官能基のアクリレートとの共重合体、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶｄＦ−ＨＥＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）等を用いることができる。
【０２３１】
無機電解質としては、例えば、Ｌｉ3ＰＯ4、Ｌｉ3ＰＯ4に窒素を添加したＬｉ3ＰＯ4Ｎx（一般に、ＬｉＰＯＮと呼ばれている。）、ＬｉＢＯ2Ｎx、Ｌｉ4ＳｉＯ4−Ｌｉ3ＰＯ4、Ｌｉ4ＳｉＯ4−Ｌｉ3ＶＯ4等を使用することができる。柱状導電体（例えば、カーボンナノチューブ９０ａ）と負極活物質層６４が形成された負極側集電体７０、或いは、柱状導電体（例えば、カーボンナノチューブ９０ｂ）と正極活物質層４０が形成された正極側集電体３０に対して、スパッタリング法等の薄膜成膜プロセスを適用して形成することができる。
【０２３２】
（全体保護層）
全体保護層８０は、吸湿性が低く耐湿性を有し、リチウムイオン電池を構成する各層を保護するものであり、アクリル系紫外線硬化樹脂、エポキシ系紫外線硬化樹脂、パリレン樹脂等を使用することができる。
【０２３３】
図９（Ｂ）は負極活物質層６４及び正極活物質層４０における流れる方向１９を説明する部分拡大図であり、リチウムイオン電池の放電時での活物質層（負極活物質層６４、正極活物質層４０）における電流の流れる方向を示している。
【０２３４】
図９（Ｂ）に示すように、補助電極として柱状導電体であるカーボンナノチューブ９０ａ、９０ｂが、ｈ≦Ｄ≦２ｈ、或いは、ｈ≦ｄ≦２ｈを満たすように形成されている。
【０２３５】
図９（Ｂ）において、活物質層（負極活物質層６４）から補助電極（カーボンナノチューブ９０ａ）、又は、集電体（負極側導電体層７０）へ電流が流れる。
【０２３６】
辺長が（ｄ／２）の２個の正方形の領域の活物質層（負極活物質層６４）から流れる電流の流れる方向１９は、補助電極（カーボンナノチューブ９０ａ）、又は、集電体（負極側導電体層７０）に向かう垂直方向である。また、長辺がｄ、短辺が（ｈ−（ｄ／２））の矩形の領域にある活物質層（負極活物質層６４）から流れる電流の流れる方向１９は、補助電極（カーボンナノチューブ９０ａ）に向かう垂直方向である。
【０２３７】
補助電極（カーボンナノチューブ９０ａ）がなければ、集電体（負極側導電体層７０）から距離がｈ以下の領域にある活物質層（負極活物質層６４）から流れる電流の流れる方向１９は、集電体（負極側導電体層７０）に向かう垂直方向である。
【０２３８】
図９に示す例では、補助電極（カーボンナノチューブ９０ａ）を設け、Ｄ≦２ｈとすることによって、（ｄ／２）＜ｈであるので、活物質層（負極活物質層６４）から流れる電流は最短の電流パスを流れ、低抵抗となり、補助電極（カーボンナノチューブ９０ａ）、集電体（負極側導電体層７０）に到達することになり、内部抵抗による損失を抑制することができる。
【０２３９】
このように、図９に示す例では、集電体（負極側導電体層７０）から垂直距離ｈにある点から流れる電流は、距離ｈよりも短い電流パスを流れ集電体（負極側導電体層７０）に到達するので、高抵抗となることがない。
【０２４０】
図９（Ｂ）において、集電体（正極側導電体層３０）、又は、補助電極（カーボンナノチューブ９０ｂ）から活物質層（正極活物質層４０）へ電流が流れる。辺長が（ｄ／２）の２個の正方形の領域の活物質層（正極活物質層４０）から流れる電流の流れる方向１９は、補助電極（カーボンナノチューブ９０ｂ）、又は、集電体（正極側導電体層３０）に対して垂直方向である。また、長辺がｄ、短辺が（ｈ−（ｄ／２））の矩形の領域にある活物質層（正極活物質層４０）から流れる電流の流れる方向１９は、カーボンナノチューブ９０ｂに対して垂直方向である。
【０２４１】
カーボンナノチューブ９０ｂがなければ、集電体（正極側導電体層３０）から距離がｈ以下の領域にある活物質層（正極活物質層４０）から流れる電流の流れる方向１９は、集電体（正極側導電体層３０）に対して垂直方向である。
【０２４２】
図９に示す例では、カーボンナノチューブ９０ｂを設け、Ｄ≦２ｈとすることによって、（ｄ／２）＜ｈであるので、活物質層（正極活物質層４０）から流れる電流は最短の電流パスを流れ、低抵抗となり、カーボンナノチューブ９０ｂ、集電体（正極側導電体層３０）に到達することになり、内部抵抗による損失を抑制することができる。
【０２４３】
このように、図９に示す例では、集電体（正極側導電体層３０）から垂直距離ｈにある点から流れる電流は、距離ｈよりも短い電流パスを流れ集電体（正極側導電体層３０）に到達するので、高抵抗となることがない。
【０２４４】
＜複合体電極における柱状導電体、壁状導電体の配置の例＞
図５〜図７に示した柱状導電体、壁状導電体の配置の他に、例えば、次に示す配置をとることができる。
【０２４５】
図１０は、本発明の実施の形態における、複合体電極における補助電極である柱状導電体、壁状導電体の配置の他の例を説明する平面図であり、図１０（Ａ）は柱状導電体の配置を示す図、図１０（Ｂ）は壁状導電体片の配置を示す図、図１０（Ｃ）は柱状導電体片と柱状導電体が混在した配置を示す図、図１０（Ｄ）はハニカム状導電体片の配置を示す図である。
【０２４６】
（柱状導電体の配置）
図１０（Ａ）は高さがｈである柱状導電体の配置を示す図であり、図を簡略化するために柱状導電体１２０を図示せず、柱状導電体の中心軸１２０ａを示しており、（Ａ１）は矩形格子配列、（Ａ２）は平行四辺形格子配列を示す。
【０２４７】
図１０（Ａ）の（Ａ１）に示す例では、柱状導電体１２０と板状導電体１１０との接続点が矩形格子をなすように、柱状導電体の中心軸１２０ａの間隔が、ｘ方向においてＤ、ｙ方向においてｅであるように、柱状導電体の中心軸１２０ａが直立した状態で板状導電体１１０の面に形成されている。但し、Ｄ＞ｅであり、Ｄはｈ≦Ｄ≦２ｈを満たすように設定される。
【０２４８】
図１０（Ａ）の（Ａ２）に示す例では、柱状導電体１２０と板状導電体１１０との接続点が平行四辺形格子をなすように、柱状導電体の中心軸１２０ａの間隔が、ｘ方向においてＤ、ｘ方向と交差する方向においてｆであるように、柱状導電体の中心軸１２０ａが直立した状態で板状導電体１１０の面に形成されている。但し、Ｄ＞ｆであり、Ｄはｈ≦Ｄ≦２ｈを満たすように設定される。
【０２４９】
（壁状導電体片の配置）
図１０（Ｂ）に示す例では、図６に示した壁状導電体１３０が、厚さｔ、長さｕを有する壁状導電体片１３０ａが間隔ｄを置いてｙ方向に繰返された配列体に置換えられ、この配列体が間隔ｄを置いてｘ方向に繰返され、板状導電体１１０の面に形成されている。なお、Ｄはｈ≦Ｄ≦２ｈを満たすように設定される。
【０２５０】
図１０（Ｃ）に示す例では、柱状導電体１２０と壁状導電体片１３０ａが混在した配置を示し、図１０（Ｂ）における壁状導電体片１３０ａの配置において、壁状導電体片１３０ａの長さをｖとし、ｘ方向及びｙ方向に繰返される壁状導電体片１３０ａの間に柱状導電体１２０が配置されている。柱状導電体１２０の中心軸は、これに近接する４つの壁状導電体片１３０ａのそれぞれの端点から等しい距離の位置に配置されている。なお、Ｄはｈ≦Ｄ≦２ｈを満たすように設定される。
【０２５１】
図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）に示す壁状導電体の配置の例では、図６に示す壁状導電体の配置の例に比較して、板状導電体（図示せず。）上で補助電極の間に形成される活物質の容積比を大きくでき充填率を高めることができる。
【０２５２】
（ハニカム状導電体片の配置）
図１０（Ｄ）に示す例は、ハニカム状導電体片の配置を示す図であり、図７に示すような、板状導電体の面に平行な断面が正方形、正六角形をなす空部を有するハニカム状導電体において、空部を形成する対向する壁の一部を欠いた構造を有しており、ハニカム状導電体片１３５ａの配列の集合によって、図７に示す複合体電極におけるハニカム状導電体と類似の構造を構成している。
【０２５３】
図１０（Ｄ）に示す右図は、図７（Ａ）において、正方形をなす空部を形成する対向する壁の一部を長さｔだけ欠いて得られる構造を示し、左図は、図７（Ｂ）において、正六角形をなす空部を形成する対向する壁の一部を長さｔだけ欠いて得られる構造を示している。空部を形成する対向する壁の一部を欠く長さはｔより大きくてもよい。なお、Ｄはｈ≦Ｄ≦２ｈを満たすように設定される。
【０２５４】
なお、図１０（Ｄ）に示す壁状導電体の配置の例では、図７に示す壁状導電体の配置の例に比較して、板状導電体上で補助電極の間に形成される活物質の容積比を大きくでき充填率を高めることができる。
【０２５５】
図１０（Ａ）、図１０（Ｃ）に示す柱状導電体１２０、１２０ａは、図４、図５に示した柱状導電体１２０と同様にして形成することができ、また、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）、図１０（Ｄ）に示す壁状導電体片１３０ａ又はハニカム状導電体片１３５ａは、図６、図７に示した壁状導電体１３０又はハニカム状導電体１３５と同様にして形成することができる。
【０２５６】
＜複合体電極における柱状導電体、壁状導電体の高さと活物質層の厚さ＞
図１１は、本発明の実施の形態における、柱状導電体又は壁状導電体を有する複合体電極の構造の他の例を説明する断面図である。
【０２５７】
柱状導電体、壁状導電体１５の板状導電体１２の面からの高さをｈ、活物質層１６の厚さをｗとするときｗ＝ｈであってもよいが、図１１に示すように、ｗ−ｈ＝ｐ＞０であってもよく、ｐは所望の値とすることができ、例えば、ｐ＝（２ｈ−ｄ）とすることができる。なお、図１１において、θは直角であり、長さＬを有する柱状導電体、壁状導電体１５は板状導電体１２の面に直立していてもよく、この場合、ｈ＝Ｌである。
【０２５８】
以上、本発明を実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形が可能である。
【０２５９】
例えば、複合体電極を電気二重層キャパシタに使用し、補助電極を金属で形成する場合には、集電体と補助電極を一体として形成することができる。補助電極を構成する金属柱又は金属壁が所望の断面形状と配列を有して形成されるようなマスクを使用して、ｈより大きな厚さの金属板を、補助電極の高さが所望の値ｈとなるようにエッチング処理することによって、所望の断面形状、配列、高さｈを有する補助電極を集電体と一体で形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２６０】
本発明によれば、内部抵抗による損失を抑制することができる複合体電極を提供することができ、また、これを用いた電気二重層キャパシタやリチウムイオン電池等の高性能な電子デバイスを提供することができる
【符号の説明】
【０２６１】
１０ａ…分極性電極（負極）、１０ｂ…分極性電極（正極）、
１１、１４０…抵抗の大きい領域、１２、１１０…板状導電体、
１２ａ…正極集電体、１２ｂ…負極集電体、１３…セパレータ、１４…ガスケット、
１５…柱状導電体又は壁状導電体、１５ａ、１５ｂ…カーボンナノチューブ、
１６…活物質層、１６ａ、１６ｂ…多孔質炭素、１７…電解質液、
１９…電流の流れる方向、２０…電気絶縁性基板、３０…正極側集電体層、
４０…正極活物質層、５０…固体電解質層、６４…負極活物質層、
７０…負極側集電体層、８０…全体保護層、９０ａ、９０ｂ…カーボンナノチューブ、
１２０…柱状導電体、１３０…壁状導電体、１３５…ハニカム状導電体、１５０…空部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２６２】
【特許文献１】特開２００４−８７２１３号公報（段落００１１〜００１７、図１）
【特許文献２】特開２００６−１７９４３１号公報（段落００１４、段落００３６、段落００８１〜００８２、段落０１４０〜０１４４）
【特許文献３】特開２００７−３５８１１号公報（段落０００８〜００１０）
【図１】
2011151279.tif 000003
【図２】
2011151279.tif 000004
【図３】
2011151279.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011151279.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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