(57)【要約】【課題】二次電池等の蓄電器や発光素子などに用いられる活物質等が塗付された電極において、電極の導電体とカーボンナノチューブまたは炭素繊維とが電気的及び機械的な接触不良とならない電極及び電極の製造方法を提供する。【解決手段】導電体と、導電体上の複数箇所に触媒を塗布し、塗付した触媒を起点としてカーボンナノチューブまたは炭素繊維を気相成長せしめ、複数のカーボンナノチューブまたは炭素繊維の間に活物質類を配設した電極の構成とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体と、前記導電体上の複数箇所に塗付した触媒と、前記触媒を起点として気相成長せしめたカーボンナノチューブまたは炭素繊維と、前記カーボンナノチューブまたは前記炭素繊維の間に活物質類を配設したことを特徴とする電極。
【請求項２】
導電体上に触媒を塗布する工程，前記触媒を起点にカーボンナノチューブまたは炭素繊維を気相成長せしめる工程，前記カーボンナノチューブまたは前記炭素繊維間に活物質類を配設する工程を備えたことを特徴とする電極の製造方法。
【請求項３】
導電体と、前記導電体上の複数箇所に塗付した触媒と、前記触媒を起点に気相成長せしめたカーボンナノチューブまたは炭素繊維と、前記カーボンナノチューブまたは前記炭素繊維の間にスペーサを配設したことを特徴とする電極。
【請求項４】
導電体上に触媒を塗布する工程，前記触媒を起点にカーボンナノチューブまたは炭素繊維を気相成長せしめる工程，前記導電体上及び前記カーボンナノチューブまたは前記炭素繊維間にスペーサを配設する工程を備えたことを特徴とする電極の製造方法。
【請求項５】
前記触媒は結着樹脂に包含されたトナー粒子を成し、前記導電体上に触媒を塗布する工程を電子写真または静電印刷で行うことを特徴とする請求項２又は請求項４のいずれかに記載の電極の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の電極を用いたことを特徴とする蓄電器。
【請求項７】
請求項３記載の電極を用いたことを特徴とする発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極，電極の製造方法，蓄電器及び発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム二次電池等の蓄電器の電極は導電体（集電体）上に活物質等が塗布されて形成される。これら活物質同士や活物質と導電体との電気的な接触が二次電池の内部抵抗に影響する。この二次電池の内部抵抗は電気エネルギーの損失を生じさせたり、入出力特性を劣化させるといった課題がある。また、活物質同士や活物質と導電体との物理的な接触は二次電池の寿命や活物質の利用率にも影響する。このような課題を解決するために、従来、活物質類に炭素繊維を添加した電極があった。
【０００３】
図７は従来の電極を示す図である。図に於いて、７０１は集電体、７０２は活物質、７０３は炭素繊維である。活物質７０２に炭素繊維７０３が添加され、これらを混合した後、集電体７０１上に塗布する。炭素繊維７０３が炭素繊維７０３同士や活物質７０２と複雑に絡み合うことにより、それらの電気的な接触や物理的な接触を増加させている。一方、発光素子の電極としては、冷陰極型あるいは電界放出型電子エミッタと呼ばれる電極がある。このような電極は、カーボンナノチューブが導電体上にほぼ垂直に配設されて形成される。
【０００４】
しかし、この電極を高効率の発光素子用電極として使用するためには、導電体とカーボンナノチューブとの良好な電気的な接触を取ること、及びカーボンナノチューブを電極面に対してほぼ垂直に立たせる必要がある。
【０００５】
ところが、直径がナノメートルオーダーのカーボンナノチューブを、チューブの軸方向に整然と配向させ、それらの一端で導電体と良好な電気的な接触を確保しながら配設することは困難である。
【０００６】
このような課題を解決するために、従来、カーボンナノチューブと粒子を混合して電極に供した電子放出素子があった。例えば、特開２００１−３１９５６０号に記載された電子放出素子は、空間に電子を放出するための第一の粒子と、第一の粒子の近傍にあって第一の粒子の姿勢を規制する第二の粒子とからなる混成粒子を用いて電極部材を構成している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の蓄電器の電極は、活物質に炭素繊維を添加し、これらを混合・混錬し、スラリーを形成した後でこのスラリーを集電体上に塗布する。
【０００８】
しかし前記電極によると、導電体とスラリー、及び活物質と炭素繊維との接触は、これらの混合状態に依存する。このため、スラリー形成工程では十分に均一な混合状態とするために長い時間が必要となる、この混合が不十分な場合は良好な電気的，機械的な接触が得られない、などの課題があった。
【０００９】
また、従来の発光素子の電極も、第二の粒子が第一の粒子の近傍にあって第一の粒子の姿勢を規制する混成状態を得るのは容易ではないといった課題があった。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、導電体とカーボンナノチューブまたは炭素繊維の良好な電気的，機械的な接触を得ることが可能な電極及びその製造方法並びにこれを用いた蓄電器または発光素子を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる電極は、導電体上に触媒を塗布し、前記触媒を起点にカーボンナノチューブまたは炭素繊維を気相成長せしめ、前記カーボンナノチューブまたは前記炭素繊維間に活物質類を配設した構成とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。図に於いて同一の部分が２つ以上あるものに関しては同一の符号を付し、説明を省略している。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施例を示す図である。図に於いて、１０１は導電体、１０２は触媒、１０３はカーボンナノチューブ、１０４は活物質類である。
【００１４】
導電体１０１は、銅やアルミニウム等の箔、又はセラミック等の基板表面に導電体を配設したもので構成される。触媒１０２は鉄などの金属微粒子で構成される。カーボンナノチューブ１０３は炭素の六員環がチューブの様な形状を有するものであって、チューブの直径は数ｎｍ程度である。このチューブは単層のものから多層のものも存在し、多層のものは炭素繊維に分類されることもある。活物質類１０４は、炭素や金属合金，硫酸鉛，活性炭等の各蓄電器に応じた活物質と、この活物質の形態や電気的接触を維持する結着剤，反応や導電率を向上させる添加剤等より成る。
【００１５】
導電体１０１上に触媒１０２が塗布され、触媒１０２を起点にカーボンナノチューブ１０３が成長している。またカーボンナノチューブ１０３の間には活物質類１０４が配設されている。そして、これら導電体１０１，触媒１０２，カーボンナノチューブ１０３，活物質類１０４で電極を構成している。
【００１６】
カーボンナノチューブ１０３の一端は触媒１０２及び導電体１０１、または導電体１０１のみと接触しており、電気的，機械的に良好な接触が得られている。特にカーボンナノチューブ１０３は六員環の結合状態によって金属的な特性を示している。この様な金属的な特性を示すカーボンナノチューブ１０３が得られると、極めて良好な電気的接触が得られる。そして、カーボンナノチューブ１０３，活物質類１０４，導電体１０１ともに良好な電気的，機械的な接触が得られる。
【００１７】
ここでは触媒１０２，カーボンナノチューブ１０３，活物質類１０４が導電体１０１の片面に配設されているが、両面に配設することも可能である。また、カーボンナノチューブ１０３と活物質類１０４も整然と配設されているが、図示の都合上、簡易的に表現したものであり、実際はより複雑な配置をとることもある。
【００１８】
図２は本発明の第２の実施例を示す図である。図に於いて、２０１は負極、
２０２はセパレータ、２０３は正極、２０４は筐体、２０５は電解液、２０６はマイナス端子、２０７はプラス端子である。
【００１９】
負極２０１と正極２０３がセパレータ２０２を挟んで配設され、これらは筐体２０４内に収納されている。また、筐体２０４内には電解液２０５が注入されており、負極２０１，セパレータ２０２，正極２０３は、それぞれ電解液２０５に含浸されている。負極２０１からはマイナス端子２０６が、正極２０３からはプラス端子２０７が筐体２０４の外へ引き出されている。これらにより蓄電器が構成され、マイナス端子２０６とプラス端子２０７に負荷や電源が接続され、蓄電器の充放電が行われる。
【００２０】
負極２０１や正極２０３には、図１に示される様な電極が用いられる。すなわち、導電体１０１とカーボンナノチューブ１０３及び活物質類１０４との電気的，機械的な良好な接触がえられる電極が用いられる。従って、内部抵抗，電気エネルギーの損失が小さく、入出力特性の良い蓄電器が実現できる。また、寿命や活物質の利用率が向上した蓄電器も得られる。
【００２１】
なお、蓄電器は図２に示した以外の構成によっても、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【００２２】
図３は本発明の第３の実施例を示す図である。本発明の電極の製造方法を、フローチャートで示している。なお、図１と同様の符号を示している。
【００２３】
触媒塗布は、触媒１０２となる鉄などの金属微粒子をアルコールに分散させた懸濁液あるいは鉄化合物の溶液を導電体１０１上に塗布する工程である。塗布後の導電体１０１及び触媒１０２は必要に応じて乾燥させる。
【００２４】
気相成長は、触媒１０２を核としてカーボンナノチューブ１０３または炭素繊維を成長せしめる工程である。本工程では、電気炉内に触媒１０２を塗布した導電体１０１と炭化水素ガスを主成分とするガスを挿入し、数百℃から数千℃で加熱する。触媒１０２の効果により炭化水素ガスがベンゼン環縮合し、触媒１０２を核としてカーボンナノチューブ１０３や炭素繊維が成長する。
【００２５】
活物質類塗布は、蓄電器の活物質類１０４を塗布する工程である。活物質類
１０４としては、炭素や金属合金，硫酸鉛，活性炭等の各蓄電器に応じた活物質と、この活物質の形態や電気的接触を維持する結着剤，反応や導電率を向上させる添加剤等より構成される。
【００２６】
加圧成型は、活物質類１０４の塗布後の電極を加圧し、必要な形状に裁断，成型する工程である。加圧によりカーボンナノチューブ１０３及び活物質類１０４を導電体１０１により高密度に密着させる。また、電極の厚みや形状等を整え、後の工程に備える。本工程は蓄電器の種類や構成によっては省略可能である。
【００２７】
この様に本発明によれば、簡易な方法でカーボンナノチューブ１０３を導電体１０１上に直接成長させることが可能となり、導電体とカーボンナノチューブまたは炭素繊維及び活物質類との電気的，機械的な良好な接触を実現できる。
【００２８】
図４は、本発明の第４の実施例を示す図である。４０１はスペーサ、４０２は真空層、４０３は蛍光体膜、４０４は第２の導電体、４０５は筐体、４０６は電源である。
【００２９】
導電体１０１上に触媒１０２を核としたカーボンナノチューブ１０３が配設され、カーボンナノチューブ１０３の間はスペーサ４０１で埋められ、発光素子用電極（陰極）を構成している。一方、正極は第２の導電体の真空層４０２側に蛍光体膜４０３が敷かれた構成となっている。そして、ガラスなどの光透過型の筐体４０５内に真空層４０２を介して正極と陰極が実装され、発光素子を構成している。
【００３０】
図４の様に電極に電源４０６を接続し電圧を印加すると、カーボンナノチューブ１０３の真空層４０２側の端面から電子が放出され、電子は正極に吸引され、発光する。
【００３１】
本発明によれば、カーボンナノチューブ１０３の一端で導電体１０１と、またカーボンナノチューブ１０３とスペーサ４０１，導電体１０１が良好な電気的な接触が確保できるため、電気エネルギーの損失が小さく、エネルギー効率や発光効率の良い発光素子用電極及び発光素子が実現できる。
【００３２】
ここで、カーボンナノチューブ１０３とスペーサ４０１が整然と配設されているが、図示の都合上、簡易的に表現したものであり、実際はより複雑な配置をとる。
【００３３】
図５は本発明の第５の実施例を示す図である。発光素子用電極の製造方法をフローチャートで示している。
【００３４】
触媒塗布は、触媒１０２となる鉄などの金属微粒子をアルコールに分散させた懸濁液あるいは鉄化合物の溶液を導電体１０１上に塗布する工程である。塗布後の導電体１０１及び触媒１０２は必要に応じて乾燥させる。
【００３５】
気相成長は、触媒１０２を核としてカーボンナノチューブ１０３または炭素繊維を成長せしめる工程である。本工程では、電気炉内に触媒１０２を塗布した導電体１０１と炭化水素ガスを主成分とするガスを挿入し、数百℃から数千℃で加熱する。触媒１０２の効果により炭化水素ガスがベンゼン環縮合し、触媒１０２を核としてカーボンナノチューブ１０３や炭素繊維が成長する。
【００３６】
スペーサ配設は、スペーサとして導電体や樹脂等をカーボンナノチューブ１０３間に配設する工程である。導電体は電気メッキや真空蒸着により配設できる。本発明によれば導電体１０１上にカーボンナノチューブ１０３が配設されているため、電気メッキや真空蒸着に好適である。また、樹脂を用いる場合は、カーボンナノチューブ１０３に樹脂を含浸させ、乾燥させる。
【００３７】
切断，エッチングは、スペーサ表面を切断またはエッチングし、カーボンナノチューブ１０３の一端、すなわち電子放出口をスペーサ表面に出す工程である。
【００３８】
成型は、上記電極の形状を後工程に備え任意の形状に整える工程である。
【００３９】
この様に本発明によれば、簡易な方法でカーボンナノチューブ１０３を導電体１０１上に直接成長させることが可能となり、導電体とカーボンナノチューブとの電気的，機械的な良好な接触を実現できる。また、本発明を適用した発光素子の電極及び発光素子では電気エネルギーの低損失化や、高エネルギー効率化や高発光効率化が図られる。
【００４０】
図６は本発明の第６の実施例を示す図である。図に於いて、６０１は触媒粒子、６０２は結着樹脂である。触媒粒子６０１は鉄などの金属微粒子で構成され、カーボンナノチューブや炭素繊維が気相成長する際の核となる。また、結着樹脂６０２はポリエステル樹脂，ビニル系樹脂，エポキシ樹脂、あるいはこれらの混合樹脂より成る。そして、結着樹脂６０２が触媒粒子６０１を包含しトナー粒子を構成している。
【００４１】
本トナー粒子は電子写真または静電印刷により導電体上に塗布される。これによると、いわゆるコピーやプリントの様に簡易な方法で塗布が実現できる。また、コピー機やパソコンを用いることが可能となり、パソコン上で複雑な塗布パターンを作成することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、導電体とカーボンナノチューブまたは炭素繊維の良好な電気的，機械的な接触を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す電極の模式図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す蓄電器の模式図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す電極の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第４の実施例を示す電極の模式図である。
【図５】本発明の第５の実施例を示す電極の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第６の実施例を示トナー粒子の模式図である。
【図７】従来の電極を示す模式図である。
【符号の説明】
１０１…導電体、１０２…触媒、１０３…カーボンナノチューブ、１０４…活物質類、２０１…負極、２０２…セパレータ、２０３…正極、２０４，４０５…筐体、２０５…電解液、２０６…マイナス端子、２０７…プラス端子、４０１…スペーサ、４０２…真空層、４０３…蛍光体膜、４０４…第２の導電体、４０６…電源、６０１…触媒粒子、６０２…結着樹脂、７０１…集電体、７０２…活物質、７０３…炭素繊維。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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