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JP7722683B2 - Metal substrate for growing carbon nanowalls, metal substrate with carbon nanowalls, and methods for manufacturing these - Google Patents
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JP7722683B2 - Metal substrate for growing carbon nanowalls, metal substrate with carbon nanowalls, and methods for manufacturing these - Google Patents

Metal substrate for growing carbon nanowalls, metal substrate with carbon nanowalls, and methods for manufacturing these

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JP7722683B2 JP2021096060A JP2021096060A JP7722683B2 JP 7722683 B2 JP7722683 B2 JP 7722683B2 JP 2021096060 A JP2021096060 A JP 2021096060A JP 2021096060 A JP2021096060 A JP 2021096060A JP 7722683 B2 JP7722683 B2 JP 7722683B2
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Description

本明細書の技術分野は、蓄電デバイスに用いるカーボンナノウォール成長用金属基板とカーボンナノウォール付き金属基板とこれらの製造方法に関する。 The technical field of this specification relates to metal substrates for growing carbon nanowalls used in electricity storage devices, metal substrates with carbon nanowalls, and methods for manufacturing these.

充放電可能な蓄電デバイスとして例えば、二次電池、電気二重層キャパシタ等が挙げられる。また、リチウムイオンを利用する蓄電デバイスとして、例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムイオン一次電池、リチウムイオンキャパシタが挙げられる。 Examples of chargeable and dischargeable electricity storage devices include secondary batteries and electric double-layer capacitors. Furthermore, examples of electricity storage devices that use lithium ions include lithium-ion secondary batteries, lithium-ion primary batteries, and lithium-ion capacitors.

例えば、特許文献1には、正極と負極とセパレータと非水電解液とを有するリチウムイオン二次電池が開示されている。正極活物質としてコバルト酸リチウムまたはニッケル酸リチウムを用い、負極活物質としてカーボンを用いる技術が開示されている(特許文献1の特許請求の範囲および実施例)。カーボン材料としてグラファイト(黒鉛)が用いられることが多い。グラファイトは、六員環の炭素原子6個あたり1個のリチウムイオンを吸蔵または放出することができる。 For example, Patent Document 1 discloses a lithium-ion secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte. It discloses technology that uses lithium cobalt oxide or lithium nickel oxide as the positive electrode active material and carbon as the negative electrode active material (see the claims and examples of Patent Document 1). Graphite is often used as the carbon material. Graphite can absorb and release one lithium ion per six carbon atoms in a six-membered ring.

特許第2668678号公報Patent No. 2668678

本発明者らは、カーボンナノウォールをリチウムイオン二次電池の負極に用いる技術について研究開発中である。しかし、負極集電体である銅箔または正極集電体であるアルミ箔にカーボンナノウォールを成膜するためには500℃以上600℃以下の程度の高温状況下で成膜する必要があった。この場合には、成膜前に銅箔もしくはアルミ箔を加熱する際に、または成膜後に銅箔もしくはアルミ箔を冷却する際に、銅箔もしくはアルミ箔とカーボンナノウォールとの間で熱膨張係数差に起因する応力が発生する。場合によっては、負極集電体もしくは正極集電体にしわが発生する。 The inventors are currently researching and developing technology for using carbon nanowalls in the negative electrodes of lithium-ion secondary batteries. However, in order to form a film of carbon nanowalls on copper foil, which serves as the negative electrode current collector, or aluminum foil, which serves as the positive electrode current collector, it is necessary to form the film under high-temperature conditions of approximately 500°C to 600°C. In this case, when the copper foil or aluminum foil is heated before film formation, or when it is cooled after film formation, stress is generated due to the difference in thermal expansion coefficients between the copper foil or aluminum foil and the carbon nanowalls. In some cases, wrinkles occur in the negative electrode current collector or positive electrode current collector.

本明細書の技術が解決しようとする課題は、0℃以上500℃未満の程度の低温状況下でカーボンナノウォールを成膜することが可能なカーボンナノウォール成長用金属基板とカーボンナノウォール付き金属基板とこれらの製造方法を提供することである。 The problem that the technology of this specification aims to solve is to provide a metal substrate for growing carbon nanowalls, a metal substrate with carbon nanowalls, and a method for manufacturing these, which are capable of forming carbon nanowalls under low-temperature conditions of approximately 0°C or higher and lower than 500°C.

本発明の一態様は、One aspect of the present invention is
第1面を有する金属基板と、a metal substrate having a first surface;
前記金属基板の前記第1面の上に形成されたカーボンナノウォールと、carbon nanowalls formed on the first surface of the metal substrate;
を有し、and
前記金属基板は、The metal substrate is
前記第1面に複数の突起部を有し、a plurality of protrusions on the first surface;
各前記突起部を前記第1面に射影した射影領域の面積は、The area of a projected region obtained by projecting each of the protrusions onto the first surface is
10nm10 nm 2 以上10000nm10000nm or more 2 以下であり、is as follows:
前記突起部の密度は、The density of the protrusions is
1個/μm 1 piece/μm 2 以上1000個/μmMore than 1000 pieces/μm 2 以下であり、is as follows:
前記カーボンナノウォールは、The carbon nanowalls are
前記突起部を跨いでいることThe protrusion is straddled.
を含むカーボンナノウォール付き金属基板にある。The carbon nanowall-containing metal substrate is

この属基板は、第1面の上に突起部を有する。突起部は、カーボンナノウォールを生成するための起点になる。このように突起部は、例えば、触媒のような作用を有する。このため、0℃以上500℃未満の程度の低い温度で金属基板の上にカーボンナノウォールを成膜することができる。 This metal substrate has protrusions on its first surface. The protrusions serve as starting points for generating carbon nanowalls. In this way, the protrusions act, for example, as a catalyst. Therefore, carbon nanowalls can be formed on the metal substrate at a low temperature of 0°C or higher but lower than 500°C.

本明細書では、0℃以上500℃未満の程度の低温状況下でカーボンナノウォールを成膜することが可能なカーボンナノウォール成長用金属基板とカーボンナノウォール付き金属基板とこれらの製造方法が提供されている。 This specification provides a metal substrate for growing carbon nanowalls, a metal substrate with carbon nanowalls, and methods for manufacturing these, which are capable of forming carbon nanowalls under low-temperature conditions of approximately 0°C or higher and lower than 500°C.

第1の実施形態のリチウムイオン二次電池LiB1の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a lithium-ion secondary battery LiB1 according to a first embodiment. 第1の実施形態のリチウムイオン二次電池LiB1のカーボンナノウォールCNW1の断面を模式的に示す図である。2 is a diagram schematically illustrating a cross section of a carbon nanowall CNW1 of the lithium ion secondary battery LiB1 according to the first embodiment. FIG. 第1の実施形態のリチウムイオン二次電池LiB1のカーボンナノウォールCNW1の構造を概念的に示す図である。1 is a diagram conceptually illustrating the structure of a carbon nanowall CNW1 of a lithium ion secondary battery LiB1 according to a first embodiment. FIG. 第1の実施形態のリチウムイオン二次電池LiB1におけるカーボンナノウォールCNW1を成長させる製造装置の構成を示す概略構成図である。1 is a schematic diagram showing the configuration of a manufacturing apparatus for growing carbon nanowalls CNW1 in a lithium ion secondary battery LiB1 according to a first embodiment. FIG. 銅箔の上に水素ラジカルを照射した後の銅箔の表面を示す走査型電子顕微鏡写真(その1)である。1 is a scanning electron microscope photograph (part 1) showing the surface of a copper foil after irradiating the copper foil with hydrogen radicals. ヒーター設定温度が500℃で成長させたカーボンナノウォールの表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。1 is a scanning electron microscope photograph showing the surface of carbon nanowalls grown at a heater set temperature of 500° C. ヒーター設定温度が500℃で成長させたカーボンナノウォールの断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。1 is a scanning electron microscope photograph showing a cross section of carbon nanowalls grown at a heater set temperature of 500° C. ヒーター設定温度が400℃で成長させたカーボンナノウォールの表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。1 is a scanning electron microscope photograph showing the surface of carbon nanowalls grown at a heater set temperature of 400° C. ヒーター設定温度が400℃で成長させたカーボンナノウォールの断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。1 is a scanning electron microscope photograph showing a cross section of carbon nanowalls grown at a heater set temperature of 400° C. ヒーター設定温度が300℃で成長させたカーボンナノウォールの表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。1 is a scanning electron microscope photograph showing the surface of carbon nanowalls grown at a heater set temperature of 300° C. ヒーター設定温度が300℃で成長させたカーボンナノウォールの断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。1 is a scanning electron microscope photograph showing a cross section of carbon nanowalls grown at a heater set temperature of 300° C. ヒーター設定温度が200℃で成長させたカーボンナノウォールの表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。1 is a scanning electron microscope photograph showing the surface of carbon nanowalls grown at a heater set temperature of 200° C. ヒーター設定温度が200℃で成長させたカーボンナノウォールの断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。1 is a scanning electron microscope photograph showing a cross section of carbon nanowalls grown at a heater temperature of 200° C. ヒーター設定温度が20℃で成長させたカーボンナノウォールの表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。1 is a scanning electron microscope photograph showing the surface of carbon nanowalls grown at a heater set temperature of 20° C. ヒーター設定温度が20℃で成長させたカーボンナノウォールの断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。1 is a scanning electron microscope photograph showing a cross section of carbon nanowalls grown at a heater temperature of 20° C. 水素ラジカルを照射することなく基板温度が500℃で成長させたカーボンナノウォールの表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。1 is a scanning electron microscope photograph showing the surface of carbon nanowalls grown at a substrate temperature of 500° C. without irradiation with hydrogen radicals. 基板温度を500℃にして銅箔にカーボンナノウォールを成長させた負極を有するリチウムイオン二次電池の容量と電圧との間の関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the capacity and voltage of a lithium ion secondary battery having a negative electrode in which carbon nanowalls are grown on a copper foil at a substrate temperature of 500° C. 基板温度を400℃にして銅箔にカーボンナノウォールを成長させた負極を有するリチウムイオン二次電池の容量と電圧との間の関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the capacity and voltage of a lithium ion secondary battery having a negative electrode in which carbon nanowalls are grown on a copper foil at a substrate temperature of 400° C. 基板温度を300℃にして銅箔にカーボンナノウォールを成長させた負極を有するリチウムイオン二次電池の容量と電圧との間の関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the capacity and voltage of a lithium ion secondary battery having a negative electrode in which carbon nanowalls are grown on a copper foil at a substrate temperature of 300° C. 基板温度を200℃にして銅箔にカーボンナノウォールを成長させた負極を有するリチウムイオン二次電池の容量と電圧との間の関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the capacity and voltage of a lithium ion secondary battery having a negative electrode in which carbon nanowalls are grown on copper foil at a substrate temperature of 200° C. 基板温度を20℃にして銅箔にカーボンナノウォールを成長させた負極を有するリチウムイオン二次電池の容量と電圧との間の関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the capacity and voltage of a lithium ion secondary battery having a negative electrode in which carbon nanowalls are grown on a copper foil at a substrate temperature of 20° C. 銅箔の上に水素ラジカルを照射した後の銅箔の表面を示す走査型電子顕微鏡写真(その2)である。1 is a scanning electron microscope photograph (part 2) showing the surface of a copper foil after irradiating the copper foil with hydrogen radicals. 銅箔の上に水素ラジカルを照射した後の銅箔の表面を示す走査型電子顕微鏡写真(その3)である。1 is a scanning electron microscope photograph (part 3) showing the surface of a copper foil after irradiating the copper foil with hydrogen radicals. 図23の線上の凹凸の測定結果を示すグラフである。24 is a graph showing the measurement results of the unevenness on the line in FIG. 23. 水素の供給量と突起部の面積が10nm2 以上100nm2 以下の突起部の個数との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the amount of hydrogen supplied and the number of protrusions having an area of 10 nm 2 or more and 100 nm 2 or less. 水素の供給量と突起部の面積が100nm2 以上1000nm2 以下の突起部の個数との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the amount of hydrogen supplied and the number of protrusions having an area of 100 nm 2 or more and 1000 nm 2 or less. 水素の供給量と突起部の面積が1000nm2 以上10000nm2 以下の突起部の個数との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the amount of hydrogen supplied and the number of protrusions having an area of 1000 nm 2 or more and 10000 nm 2 or less. 水素の供給量と突起部の個数との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the amount of hydrogen supplied and the number of protrusions. バイアスの大きさと突起部の面積が10nm2 以上100nm2 以下の突起部の個数との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the magnitude of the bias and the number of protrusions having an area of 10 nm 2 or more and 100 nm 2 or less. バイアスの大きさと突起部の面積が100nm2 以上1000nm2 以下の突起部の個数との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the magnitude of the bias and the number of protrusions having an area of 100 nm 2 or more and 1000 nm 2 or less. バイアスの大きさと突起部の面積が1000nm2 以上10000nm2 以下の突起部の個数との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the magnitude of the bias and the number of protrusions having an area of 1000 nm 2 or more and 10000 nm 2 or less. バイアスの大きさと突起部の個数との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the magnitude of bias and the number of protrusions. 水素の供給量が100sccmであるとともにバイアスが-25Vの場合の基板の表面を示す顕微鏡写真である。1 is a photomicrograph showing the surface of a substrate when the hydrogen supply rate is 100 sccm and the bias is −25V. 図33の基板の上にカーボンナノウォールを成長させた場合を示す顕微鏡写真である。34 is a micrograph showing carbon nanowalls grown on the substrate of FIG. 33. 水素の供給量が100sccmであるとともにバイアスが-100Vの場合の基板の表面を示す顕微鏡写真である。1 is a photomicrograph showing the surface of a substrate when the hydrogen supply rate is 100 sccm and the bias is −100V. 図35の基板の上にカーボンナノウォールを成長させた場合を示す顕微鏡写真である。36 is a micrograph showing carbon nanowalls grown on the substrate of FIG. 35.

以下、具体的な実施形態について、カーボンナノウォール成長用金属基板とカーボンナノウォール付き金属基板とこれらの製造方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。本明細書において、蓄電デバイスとは充放電することが可能な装置である。蓄電デバイスは、リチウムイオン一次電池とリチウムイオン二次電池とリチウムイオンキャパシタとその他のリチウムイオンを利用して充放電するデバイスとを含む。 Specific embodiments will be described below with reference to the drawings, taking as examples a metal substrate for growing carbon nanowalls, a metal substrate with carbon nanowalls, and a method for manufacturing these. In this specification, an energy storage device is a device that can be charged and discharged. Energy storage devices include lithium ion primary batteries, lithium ion secondary batteries, lithium ion capacitors, and other devices that use lithium ions for charging and discharging.

(第1の実施形態)
1.リチウムイオン二次電池
図1は、第1の実施形態のリチウムイオン二次電池LiB1の概略構成図である。リチウムイオン二次電池LiB1は、正極PEと、負極NEと、セパレータSp1と、電解液ES1と、容器V1と、を有する。
(First embodiment)
1 is a schematic diagram of a lithium-ion secondary battery LiB1 according to a first embodiment. The lithium-ion secondary battery LiB1 includes a positive electrode PE, a negative electrode NE, a separator Sp1, an electrolytic solution ES1, and a container V1.

正極PEは、リチウムイオン二次電池LiB1の正極である。正極PEは、正極集電体P1と、正極活物質層P2と、を有する。正極集電体P1の第1面P1aおよび第2面P1bの表面には、正極活物質層P2が形成されている。 The positive electrode PE is the positive electrode of the lithium-ion secondary battery LiB1. The positive electrode PE has a positive electrode current collector P1 and a positive electrode active material layer P2. The positive electrode active material layer P2 is formed on the first surface P1a and the second surface P1b of the positive electrode current collector P1.

正極集電体P1は金属基板である。正極集電体P1は、例えば、金属箔である。正極集電体P1の形状はその他の形状であってもよい。正極集電体P1の材質は、例えば、AlまたはTiである。正極集電体P1の材質は、その他の金属などの導電体であってもよい。 The positive electrode current collector P1 is a metal substrate. The positive electrode current collector P1 is, for example, a metal foil. The positive electrode current collector P1 may have other shapes. The material of the positive electrode current collector P1 is, for example, Al or Ti. The material of the positive electrode current collector P1 may also be a conductor such as another metal.

正極活物質層P2は、正極活物質と、導電助剤と、結着剤と、を含有する。正極活物質層P2は、増粘剤等を含んでいてもよい。正極活物質として例えば、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、三元系が挙げられる。導電助剤として例えば、カーボンブラックが挙げられる。結着剤として例えば、SBRが挙げられる。増粘剤として例えば、カルボキシメチルセルロースが挙げられる。このように、正極活物質層P2は、リチウム原子を有する。 The positive electrode active material layer P2 contains a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder. The positive electrode active material layer P2 may also contain a thickener, etc. Examples of positive electrode active materials include lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, lithium nickel oxide, and ternary systems. Examples of conductive additives include carbon black. Examples of binders include SBR. Examples of thickeners include carboxymethyl cellulose. In this way, the positive electrode active material layer P2 contains lithium atoms.

負極NEは、リチウムイオン二次電池LiB1の負極である。負極NEは、負極集電体N1と、負極活物質層N2と、を有する。負極集電体N1の第1面N1aおよび第2面N1bの表面には、負極活物質層N2が形成されている。負極NEは、カーボンナノウォールCNW1が形成されたカーボンナノウォール体である。 The negative electrode NE is the negative electrode of the lithium-ion secondary battery LiB1. The negative electrode NE has a negative electrode current collector N1 and a negative electrode active material layer N2. The negative electrode active material layer N2 is formed on the first surface N1a and the second surface N1b of the negative electrode current collector N1. The negative electrode NE is a carbon nanowall body on which carbon nanowalls CNW1 are formed.

負極集電体N1はカーボンナノウォール成長用金属基板である。負極集電体N1は金属基板である。負極集電体N1は、例えば、金属箔である。負極集電体N1の形状はその他の形状であってもよい。負極集電体N1の材質は、例えば、Cuである。負極集電体N1は、例えば、銅板または銅箔である。負極集電体N1の材質は、アルミニウム、チタン、その他の金属などの導電体であってもよい。 The negative electrode current collector N1 is a metal substrate for growing carbon nanowalls. The negative electrode current collector N1 is a metal substrate. The negative electrode current collector N1 is, for example, a metal foil. The negative electrode current collector N1 may have other shapes. The material of the negative electrode current collector N1 is, for example, Cu. The negative electrode current collector N1 is, for example, a copper plate or copper foil. The material of the negative electrode current collector N1 may also be a conductor such as aluminum, titanium, or other metals.

負極活物質層N2は、負極活物質を含有する。負極活物質層N2は、負極活物質としてカーボンナノウォールCNW1を含む。カーボンナノウォールCNW1については後述する。 The negative electrode active material layer N2 contains a negative electrode active material. The negative electrode active material layer N2 includes carbon nanowalls CNW1 as the negative electrode active material. The carbon nanowalls CNW1 will be described later.

セパレータSp1は、正極PEと負極NEとを電気的に絶縁するためのものである。セパレータSp1は、電解液ES1中のリチウムイオンを透過させることが可能である。 The separator Sp1 electrically insulates the positive electrode PE from the negative electrode NE. The separator Sp1 allows lithium ions in the electrolyte ES1 to pass through.

電解液ES1は、正極PEと負極NEとの間でリチウムイオンを伝達する特性を有する。電解液ES1は、容器V1を満たしている。電解液ES1は、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )などのリチウム塩をジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)などに溶かした液体である。 The electrolyte solution ES1 has the property of transferring lithium ions between the positive electrode PE and the negative electrode NE. The electrolyte solution ES1 fills the container V1. The electrolyte solution ES1 is a liquid obtained by dissolving a lithium salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF6) in dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), or the like.

容器V1は、正極PEと負極NEとセパレータSp1と電解液ES1とをその内部に収容する。容器V1は、電解液ES1に対して反応しにくい材質を備えている。 Container V1 contains a positive electrode PE, a negative electrode NE, a separator Sp1, and an electrolyte solution ES1. Container V1 is made of a material that is not easily reactive with the electrolyte solution ES1.

2.突起部
図2は、第1の実施形態のリチウムイオン二次電池LiB1のカーボンナノウォールCNW1の断面を模式的に示す図である。負極集電体N1は、カーボンナノウォールを成長させるための金属基板である。負極集電体N1は、第1面N1aを有する。第1面N1aは、負極集電体N1の一方の表面である。負極集電体N1の第1面N1aの上には複数の突起部PR1が形成されている。
2. Protrusions Fig. 2 is a diagram schematically illustrating a cross section of the carbon nanowalls CNW1 of the lithium-ion secondary battery LiB1 of the first embodiment. The negative electrode current collector N1 is a metal substrate for growing the carbon nanowalls. The negative electrode current collector N1 has a first surface N1a. The first surface N1a is one surface of the negative electrode current collector N1. A plurality of protrusions PR1 are formed on the first surface N1a of the negative electrode current collector N1.

突起部PR1は、負極集電体N1が第1面N1aから部分的に突出している部分である。突起部PR1は1個の粒子GR1から構成されていてもよいし、複数の粒子GR1から構成されていてもよい。この場合、粒子GR1の材質は負極集電体N1の材質と同じであることが好ましい。粒子GR1は、負極集電体N1の第1面N1aと融合して、負極集電体N1と一体になっていることが好ましい。これは、負極集電体N1と粒子GR1との密着性を高め、負極集電体N1から粒子GR1が剥がれることを防止するためである。 The protrusion PR1 is a portion of the negative electrode current collector N1 that partially protrudes from the first surface N1a. The protrusion PR1 may be composed of a single particle GR1, or may be composed of multiple particles GR1. In this case, the material of the particle GR1 is preferably the same as the material of the negative electrode current collector N1. The particle GR1 is preferably fused with the first surface N1a of the negative electrode current collector N1 and integrated with the negative electrode current collector N1. This is to increase the adhesion between the negative electrode current collector N1 and the particle GR1 and prevent the particle GR1 from peeling off from the negative electrode current collector N1.

突起部PR1の平面的な大きさは、負極集電体N1の第1面N1aに垂直な方向から走査型電子顕微鏡を用いて表面を観察する。突起部PR1を第1面N1aに射影した射影領域の面積は、10nm2 以上10000nm2 以下である。好ましくは、20nm2 以上5000nm2 以下である。 The planar size of the protrusion PR1 is determined by observing the surface using a scanning electron microscope from a direction perpendicular to the first surface N1a of the negative electrode current collector N1. The area of the projection region of the protrusion PR1 projected onto the first surface N1a is 10 nm2 or more and 10,000 nm2 or less, preferably 20 nm2 or more and 5,000 nm2 or less.

突起部PR1は、例えば、負極集電体N1の第1面N1aの10μm2 あたり10個以上10000個以下で存在する。つまり、突起部PR1を第1面N1aに射影した射影領域の密度は、1個/μm2 以上1000個/μm2 以下である。好ましくは、2個/μm2 以上800個/μm2 以下である。より好ましくは、3個/μm2 以上500個/μm2 以下である。 The protrusions PR1 are present, for example, at a density of 10 to 10,000 per 10 μm 2 of the first surface N1a of the negative electrode current collector N1. In other words, the density of the projected region of the protrusions PR1 projected onto the first surface N1a is 1 to 1,000/μm 2 . Preferably, it is 2 to 800/μm 2 . More preferably, it is 3 to 500/μm 2 .

後述するように、水素プラズマの照射により突起部PR1を形成する場合には、次のように突起部PR1が形成されたと考えられる。負極集電体N1の第1面N1aから銅の粒子GR1が叩き出され、その叩き出された粒子GR1が負極集電体N1の第1面N1aの上に再付着するとともに負極集電体N1の第1面N1aに融合することにより、突起部PR1が形成される。なお、突起部PR1の大きさおよび密度が、カーボンナノウォールCNW1の成長密度を決定する重要な要因であると考えられる。 As will be described later, when protrusions PR1 are formed by irradiating hydrogen plasma, it is believed that protrusions PR1 are formed as follows: Copper particles GR1 are knocked out from the first surface N1a of the negative electrode current collector N1, and the knocked-out particles GR1 re-adhere to the first surface N1a of the negative electrode current collector N1 and fuse with the first surface N1a of the negative electrode current collector N1, thereby forming protrusions PR1. It is believed that the size and density of protrusions PR1 are important factors that determine the growth density of carbon nanowalls CNW1.

突起部PR1は、カーボンナノウォールCNW1の成長の起点としての役割を果たす。そのため、カーボンナノウォールCNW1は負極集電体N1の第1面N1a上に突起部PR1を跨いだ状態で形成されている。 The protrusions PR1 serve as starting points for the growth of the carbon nanowalls CNW1. Therefore, the carbon nanowalls CNW1 are formed on the first surface N1a of the negative electrode current collector N1, straddling the protrusions PR1.

3.カーボンナノウォール
3-1.カーボンナノウォールの構造
本明細書において、カーボンナノウォールとは、負極集電体N1などの基材上に壁状に配置された炭素原子を主成分とする導電性ナノ構造体である。
3. Carbon Nanowalls 3-1. Structure of Carbon Nanowalls In this specification, carbon nanowalls refer to conductive nanostructures composed primarily of carbon atoms arranged in a wall shape on a substrate such as the negative electrode current collector N1.

図3は、第1の実施形態のリチウムイオン二次電池LiB1のカーボンナノウォールCNW1の構造を概念的に示す図である。図3では、1つのグラフェンシートGS1が概念的に例示されている。カーボンナノウォールCNW1は、導電性を備えている。カーボンナノウォールCNW1は、複数のグラフェンシートGS1から構成されていてもよい。また、グラフェンシートGS1は、完全なグラフェン構造でなく、六員環構造の炭素を主成分とする薄膜であってもよい。また、グラフェンシートGS1は六員環構造の炭素を主成分とするモザイク構造のものであってもよい。モザイク構造とは、六員環構造を有する複数の領域が離散的に配置されている構造である。つまり、カーボンナノウォールCNW1は、六員環の全面単結晶でなくともよい。 Figure 3 is a conceptual diagram showing the structure of the carbon nanowall CNW1 of the lithium-ion secondary battery LiB1 of the first embodiment. Figure 3 conceptually illustrates one graphene sheet GS1. The carbon nanowall CNW1 is electrically conductive. The carbon nanowall CNW1 may be composed of multiple graphene sheets GS1. The graphene sheet GS1 may not have a complete graphene structure, but may be a thin film primarily composed of carbon with a six-membered ring structure. The graphene sheet GS1 may also have a mosaic structure primarily composed of carbon with a six-membered ring structure. A mosaic structure is a structure in which multiple regions having a six-membered ring structure are discretely arranged. In other words, the carbon nanowall CNW1 does not have to be entirely single-crystal six-membered rings.

負極NEは、負極集電体N1と、負極活物質層N2と、を有する。負極活物質層N2は、カーボンナノウォールCNW1を有する。 The negative electrode NE has a negative electrode current collector N1 and a negative electrode active material layer N2. The negative electrode active material layer N2 has carbon nanowalls CNW1.

カーボンナノウォールCNW1は、グラフェンシートGS1がカーボンナノウォールCNW1の厚み方向に10層程度積層されたグラファイト様の物質である。その積層数は上記以外であってもよい。カーボンナノウォールCNW1がグラファイト様の物質であるため、カーボンナノウォールCNW1は活性炭等の炭素材料に比べて高い電気伝導率を備えている。 The carbon nanowall CNW1 is a graphite-like material in which approximately 10 layers of graphene sheets GS1 are stacked in the thickness direction of the carbon nanowall CNW1. The number of layers may be other than the above. Because the carbon nanowall CNW1 is a graphite-like material, the carbon nanowall CNW1 has a higher electrical conductivity than carbon materials such as activated carbon.

カーボンナノウォールCNW1において、負極集電体N1の側には根元部R1があり、負極集電体N1の反対側には、先端部E1がある。根元部R1は、多くの場合突起部PR1を介して負極集電体N1に固定されている固定部である。また、根元部R1は、負極集電体N1に電気的に接続されている接続部である。 The carbon nanowall CNW1 has a root portion R1 on the side of the negative electrode current collector N1 and a tip portion E1 on the opposite side of the negative electrode current collector N1. The root portion R1 is often a fixed portion that is fixed to the negative electrode current collector N1 via a protrusion portion PR1. The root portion R1 is also a connection portion that is electrically connected to the negative electrode current collector N1.

カーボンナノウォールCNW1において、グラフェンシートGS1は、負極集電体N1の表面(第1面N1a、第2面N1b)に交差する向きに形成されている。図3では、グラフェンシートGS1と、負極集電体N1とは、ほぼ垂直である。なお、カーボンナノウォールCNW1は負極集電体N1に対して垂直でなくてもよい。その場合であっても、カーボンナノウォールCNW1はリチウムイオン二次電池LiB1の負極NEとして動作する。 In the carbon nanowall CNW1, the graphene sheet GS1 is formed in a direction that intersects with the surface (first surface N1a, second surface N1b) of the negative electrode current collector N1. In FIG. 3, the graphene sheet GS1 and the negative electrode current collector N1 are approximately perpendicular. Note that the carbon nanowall CNW1 does not have to be perpendicular to the negative electrode current collector N1. Even in this case, the carbon nanowall CNW1 functions as the negative electrode NE of the lithium ion secondary battery LiB1.

また、前述のように、カーボンナノウォールCNW1は、グラフェンシートGS1を多数枚積層したグラファイトである。実際には、互いのグラフェンシートGS1が完全に平行に延びているわけではない。各々の初期成長核で異なる方向にグラフェンシートGS1が成長するため、実際には、グラフェンシートGS1がランダムに合流して重ね合わせられた形状となっている(図6参照)。図3に示すように、隣り合う壁状のグラファイト間の距離をウォール間隔D1ということとする。 As mentioned above, the carbon nanowall CNW1 is graphite made up of many stacked graphene sheets GS1. In reality, the graphene sheets GS1 do not extend completely parallel to each other. Because the graphene sheets GS1 grow in different directions at each initial growth nucleus, the graphene sheets GS1 actually merge and overlap at random (see Figure 6). As shown in Figure 3, the distance between adjacent wall-like graphite is referred to as the wall spacing D1.

このウォール間隔D1の平均値である平均ウォール間隔は、カーボンナノウォールCNW1の密度と関連している。つまり、平均ウォール間隔が広いほど、カーボンナノウォールCNW1の密度は低い。逆に、平均ウォール間隔が狭いほど、カーボンナノウォールCNW1の密度は高い。 The average wall spacing, which is the average value of this wall spacing D1, is related to the density of the carbon nanowalls CNW1. In other words, the wider the average wall spacing, the lower the density of the carbon nanowalls CNW1. Conversely, the narrower the average wall spacing, the higher the density of the carbon nanowalls CNW1.

3-2.カーボンナノウォールの高さ
カーボンナノウォールCNW1の平均高さH1は50nm以上であるとよい。また、カーボンナノウォールCNW1の平均高さH1は、200nm以上であってもよい。カーボンナノウォールCNW1の平均高さH1が100nm以上の場合には、カーボンナノウォールCNW1を起点にしてリチウムが析出しやすい。平均高さH1が高いほど、成長時間が長くなる。すなわち、製造コストが高い。このため、例えば、平均高さH1は1μm以上10μm以下である。
3-2. Height of Carbon Nanowalls The average height H1 of the carbon nanowalls CNW1 is preferably 50 nm or more. Alternatively, the average height H1 of the carbon nanowalls CNW1 may be 200 nm or more. If the average height H1 of the carbon nanowalls CNW1 is 100 nm or more, lithium is likely to precipitate starting from the carbon nanowalls CNW1. The higher the average height H1, the longer the growth time. In other words, the higher the manufacturing cost. Therefore, for example, the average height H1 is 1 μm or more and 10 μm or less.

カーボンナノウォールCNW1の平均厚みW1は例えば、0.5nm以上100nm以下である。好ましくは、1nm以上50nm以下である。より好ましくは、1.5nm以上30nm以下である。 The average thickness W1 of the carbon nanowalls CNW1 is, for example, 0.5 nm or more and 100 nm or less. Preferably, it is 1 nm or more and 50 nm or less. More preferably, it is 1.5 nm or more and 30 nm or less.

グラファイトの層間隔は約0.35nmである。このため、10層のグラフェンシートGS1から構成されるカーボンナノウォールCNW1の厚さは約3.5nmである。製造条件に依存するが、カーボンナノウォールCNW1の平均的な厚みは約3.5nmであり、5層から20層のグラフェンシートGS1から構成されていると考えられる。カーボンナノウォールCNW1の厚みは、例えば、1.5nm以上7nm以下である。 The layer spacing of graphite is approximately 0.35 nm. Therefore, the thickness of a carbon nanowall CNW1 composed of 10 graphene sheets GS1 is approximately 3.5 nm. Although it depends on the manufacturing conditions, the average thickness of a carbon nanowall CNW1 is approximately 3.5 nm, and it is thought to be composed of 5 to 20 graphene sheets GS1. The thickness of a carbon nanowall CNW1 is, for example, 1.5 nm or more and 7 nm or less.

3-3.ウォール間隔
隣り合うカーボンナノウォールCNW1とカーボンナノウォールCNW1との間の平均ウォール間隔D1は、例えば、10nm以上500nm以下である。好ましくは、15nm以上100nm以下である。より好ましくは、20nm以上50nm以下である。これらの数値範囲は例示であり、上記以外の数値であってもよい。なお、カーボンナノウォールは長い壁が必ずしも並行して成長しているわけではなく、ウォール同士が互いに合流することがある(図6参照)。そのため、この合流箇所付近におけるカーボンナノウォールCNW1同士の間隔は、その他の箇所におけるカーボンナノウォールCNW1同士の間隔より狭い。
3-3. Wall Spacing The average wall spacing D1 between adjacent carbon nanowalls CNW1 is, for example, 10 nm or more and 500 nm or less. Preferably, it is 15 nm or more and 100 nm or less. More preferably, it is 20 nm or more and 50 nm or less. These numerical ranges are examples, and other numerical values may be used. Note that the long walls of the carbon nanowalls do not necessarily grow in parallel, and the walls may merge with each other (see Figure 6). Therefore, the spacing between the carbon nanowalls CNW1 near this merging point is narrower than the spacing between the carbon nanowalls CNW1 at other locations.

このように15nm以上100nm以下のウォール間隔D1のカーボンナノウォールCNW1を成長させるために、カーボンナノウォールCNW1の成長の起点である突起部PR1を第1面N1aに射影した面積は、20nm2 以上5000nm2 以下であることが好ましく、突起部PR1の密度は、3個/μm2 以上2500個/μm2 以下であることが好ましい。モデル化して考えると、以下のようになる。20nmのウォール間隔D1のカーボンナノウォールCNW1を成長させるためには、20nm間隔の格子点に1個の突起部PR1があり、その格子点にあるPR1を起点としてカーボンナノウォールCNW1が成長すればよい。この場合、突起部を半球状と仮定すると、直径10nm程度が好ましく、突起部PR1を第1面N1aに射影した面積は、約80nm2 になる。また、突起部PR1の密度は、2500個/μm2 となる。同様に、50nmのウォール間隔D1のカーボンナノウォールCNW1を成長させるためには、突起部PR1を第1面N1aに射影した面積は約500nm2 になり、突起部PR1の密度は、400個/μm2 となる。また、100nmのウォール間隔D1のカーボンナノウォールCNW1を成長させるためには、突起部PR1を第1面N1aに射影した面積は、約2000nm2 になり、突起部PR1の密度は100個/μm2 となる。すなわち、20nm以上100nm以下のウォール間隔D1のカーボンナノウォールCNW1を成長させるために、カーボンナノウォールCNW1の成長の起点である突起部PR1を第1面N1aに射影した面積は、80nm2 以上2000nm2 以下であることが好ましく、突起部PR1の密度は、100個/μm2 以上2500個/μm2 以下であることが好ましい。実際には、各格子点の全てに突起部PR1が存在する必要はなく、もう少し低密度の突起部PR1でもよいと考えられる。 In order to grow carbon nanowalls CNW1 with a wall spacing D1 of 15 nm to 100 nm in this way, the area of the protrusions PR1, which are the starting points of the growth of the carbon nanowalls CNW1, projected onto the first surface N1a is preferably 20 nm2 to 5000 nm2 , and the density of the protrusions PR1 is preferably 3/ μm2 to 2500/ μm2 . This can be modeled as follows: To grow carbon nanowalls CNW1 with a wall spacing D1 of 20 nm, one protrusion PR1 is located at a lattice point spaced 20 nm apart, and the carbon nanowall CNW1 grows starting from the PR1 at that lattice point. In this case, assuming that the protrusions are hemispherical, a diameter of approximately 10 nm is preferable, and the area of the protrusions PR1 projected onto the first surface N1a is approximately 80 nm2 . Furthermore, the density of the protrusions PR1 is 2500/ μm2 . Similarly, to grow carbon nanowalls CNW1 with a wall spacing D1 of 50 nm, the area of the protrusions PR1 projected onto the first surface N1a is approximately 500 nm2 , and the density of the protrusions PR1 is 400 pieces/μm2. Furthermore, to grow carbon nanowalls CNW1 with a wall spacing D1 of 100 nm, the area of the protrusions PR1 projected onto the first surface N1a is approximately 2000 nm2 , and the density of the protrusions PR1 is 100 pieces/ μm2 . That is, in order to grow carbon nanowalls CNW1 with a wall spacing D1 of 20 nm or more and 100 nm or less, the area of the protrusions PR1, which are the starting points of the growth of the carbon nanowalls CNW1, projected onto the first surface N1a is preferably 80 nm or more and 2000 nm or less , and the density of the protrusions PR1 is preferably 100/μm or more and 2500/μm or less . In reality, it is not necessary for the protrusions PR1 to be present at all of the lattice points, and it is considered that the protrusions PR1 may be present at a slightly lower density.

4.リチウムイオンの介在する充放電反応
4-1.充放電反応
負極NEは、カーボンナノウォールCNW1を有する。カーボンナノウォールCNW1は、1度の充電または放電において、炭素原子1個あたり2個以上のリチウムイオンを充放電反応に関与させることが可能である。
4. Charge-Discharge Reaction Mediated by Lithium Ions 4-1. Charge-Discharge Reaction The negative electrode NE has carbon nanowalls CNW1. The carbon nanowalls CNW1 can cause two or more lithium ions per carbon atom to participate in a charge-discharge reaction during one charge or discharge.

ここで、充放電反応とは、例えば、下記の化学反応式で表される化学反応のことである。
Li+ + e- ⇔ Li …(1)
Li1-x CoO2 + xLi+ + xe- ⇔ LiCoO2 …(2)
式(1)は、負極活物質層N2における反応である。式(2)は、正極活物質層P2における反応である。いずれの反応も、リチウムイオンおよび電子が介在している。充放電反応とは、正極PEまたは負極NEにおいて、リチウムイオンが介在するとともに電子の授受が生じる化学反応のことである。この充放電反応により、リチウムイオンの吸蔵または放出、およびリチウムまたはリチウム化合物の析出、堆積、吸着、溶解などの現象が生じうる。なお、リチウムまたはリチウム化合物が析出等する場合には、充放電反応は正極活物質層P2または負極活物質層N2の外部で発生しうる。なお、正極活物質層P2および負極活物質層N2の材料によっては、充放電反応の種類は変わる。
Here, the charge/discharge reaction is, for example, a chemical reaction expressed by the following chemical reaction formula.
Li + + e - ⇔ Li...(1)
Li1-x CoO2 + xLi + + xe - ⇔ LiCoO2 …(2)
Equation (1) represents a reaction in the negative electrode active material layer N2. Equation (2) represents a reaction in the positive electrode active material layer P2. Both reactions involve lithium ions and electrons. A charge/discharge reaction is a chemical reaction in the positive electrode PE or negative electrode NE in which lithium ions are involved and electrons are exchanged. This charge/discharge reaction can result in the absorption or release of lithium ions, as well as the precipitation, deposition, adsorption, and dissolution of lithium or lithium compounds. Note that if lithium or lithium compounds are precipitated, the charge/discharge reaction can occur outside the positive electrode active material layer P2 or negative electrode active material layer N2. Note that the type of charge/discharge reaction varies depending on the materials of the positive electrode active material layer P2 and the negative electrode active material layer N2.

5.製造装置
負極集電体N1の第1面N1aにカーボンナノウォールCNW1を形成する製造装置について説明する。
5. Manufacturing Apparatus A manufacturing apparatus for forming the carbon nanowalls CNW1 on the first surface N1a of the negative electrode current collector N1 will be described.

図4は、第1の実施形態のリチウムイオン二次電池LiB1におけるカーボンナノウォールCNW1を成長させる製造装置1の構成を示す概略構成図である。製造装置1は、プラズマ生成室46と、反応室10とを有している。プラズマ生成室46は、その内部でプラズマを発生させるとともに、反応室10に供給するラジカルをも発生させるためのものである。反応室10は、プラズマ生成室46で生じたラジカルを利用して、カーボンナノウォールCNW1を形成するためのものである。 Figure 4 is a schematic diagram showing the configuration of a manufacturing apparatus 1 for growing carbon nanowalls CNW1 in a lithium-ion secondary battery LiB1 according to the first embodiment. The manufacturing apparatus 1 has a plasma generation chamber 46 and a reaction chamber 10. The plasma generation chamber 46 is used to generate plasma therein and also to generate radicals to be supplied to the reaction chamber 10. The reaction chamber 10 is used to form carbon nanowalls CNW1 using the radicals generated in the plasma generation chamber 46.

また、製造装置1は、導波路47と、石英窓48と、スロットアンテナ49とを、有している。導波路47は、マイクロ波39を導入するためのものである。スロットアンテナ49は、石英窓48からプラズマ生成室46にマイクロ波39を導入するためのものである。 The manufacturing apparatus 1 also has a waveguide 47, a quartz window 48, and a slot antenna 49. The waveguide 47 is used to introduce microwaves 39. The slot antenna 49 is used to introduce microwaves 39 from the quartz window 48 into the plasma generation chamber 46.

プラズマ生成室46は、マイクロ波39により表面波プラズマ(SWP)を発生させるためのものである。プラズマ生成室46には、ラジカル源導入口42が設けられている。ラジカル源導入口42は、プラズマ生成室46に発生するプラズマ61の内部にラジカル源となるガスを供給するためのものである。 The plasma generation chamber 46 is used to generate surface wave plasma (SWP) using microwaves 39. The plasma generation chamber 46 is provided with a radical source inlet 42. The radical source inlet 42 is used to supply a radical source gas into the plasma 61 generated in the plasma generation chamber 46.

プラズマ生成室46と、反応室10との間には、隔壁44が設けられている。隔壁44は、プラズマ生成室46と、反応室10とを仕切るためのものである。隔壁44は、電圧を印加するための第1電極22も兼ねている。そして、隔壁44には、貫通孔14が形成されている。プラズマ生成室46で生成されたラジカルを反応室10に供給するためである。 A partition wall 44 is provided between the plasma generation chamber 46 and the reaction chamber 10. The partition wall 44 separates the plasma generation chamber 46 from the reaction chamber 10. The partition wall 44 also serves as the first electrode 22 for applying voltage. A through-hole 14 is formed in the partition wall 44. This is to supply radicals generated in the plasma generation chamber 46 to the reaction chamber 10.

反応室10は、容量結合型プラズマ(CCP)を発生させるためのものである。また、反応室10は、負極集電体N1にカーボンナノウォールCNW1を形成するためのものでもある。反応室10は、第2電極24と、ヒーター25と、原料導入口12と、排気口16とを有している。第2電極24は、第1電極22との間に電圧を印加するためのものである。ヒーター25は、負極集電体N1を加熱して、負極集電体N1の温度を制御するためのものである。原料導入口12は、カーボンナノウォールの原料となる炭素系ガス32を供給するためのものである。排気口16は、真空ポンプ等に接続されている。真空ポンプは、反応室10の内部の圧力を調整するためのものである。 The reaction chamber 10 is used to generate capacitively coupled plasma (CCP). It is also used to form carbon nanowalls CNW1 on the negative electrode current collector N1. The reaction chamber 10 includes a second electrode 24, a heater 25, a raw material inlet 12, and an exhaust port 16. The second electrode 24 is used to apply a voltage between the first electrode 22 and the second electrode 24. The heater 25 is used to heat the negative electrode current collector N1 and control the temperature of the negative electrode current collector N1. The raw material inlet 12 is used to supply a carbon-based gas 32, which is a raw material for the carbon nanowalls. The exhaust port 16 is connected to a vacuum pump or the like. The vacuum pump is used to adjust the pressure inside the reaction chamber 10.

前述のように、隔壁44は、第2電極24との間に電圧を印加するための第1電極22を兼ねている。第1電極22には、電源および回路が接続されている。第1電極22の電位を時間的に制御するためである。第2電極24は、第1電極22との間に電圧を印加するためのものである。そして、第2電極24は、負極集電体N1を載置するための載置台でもある。第2電極24は、接地されている。第1電極22と第2電極24との間の距離は約5cmである。もちろん、この値に限らない。 As mentioned above, the partition wall 44 also serves as the first electrode 22 for applying a voltage between it and the second electrode 24. A power source and a circuit are connected to the first electrode 22. This is to control the potential of the first electrode 22 over time. The second electrode 24 is used to apply a voltage between it and the first electrode 22. The second electrode 24 also serves as a mounting base for placing the negative electrode current collector N1. The second electrode 24 is grounded. The distance between the first electrode 22 and the second electrode 24 is approximately 5 cm. Of course, this value is not limited to this value.

6.負極の製造方法
6-1.突起部形成工程
まず、製造装置1の内部に、カーボンナノウォールCNW1を形成する前の負極集電体N1を載置する。このとき、負極集電体N1の第1面N1aが上になっており、第2面N1bが第2電極24に接触している。次に、マイクロ波39を導波路47に導入する。マイクロ波39は、スロットアンテナ49により、石英窓48から、プラズマ生成室46に導入される。これにより、高密度プラズマ60が発生する。
6. Negative Electrode Manufacturing Method 6-1. Protrusion Formation Step First, the negative electrode current collector N1 before the formation of carbon nanowalls CNW1 is placed inside the manufacturing apparatus 1. At this time, the first surface N1a of the negative electrode current collector N1 faces up, and the second surface N1b is in contact with the second electrode 24. Next, microwaves 39 are introduced into the waveguide 47. The microwaves 39 are introduced into the plasma generation chamber 46 through the quartz window 48 by the slot antenna 49. This generates high-density plasma 60.

そして、この高密度プラズマ60がプラズマ生成室46の内部で拡散して、プラズマ61となる。このプラズマ61は、ラジカル源導入口42から供給されるラジカル源のイオンを含んでいる。ラジカル源として、水素ガスを含むガスを用いる。プラズマ61中の大部分のイオンは、隔壁44に引き寄せられて衝突する。プラズマ61中のラジカル38は、隔壁44に引き寄せられることなく隔壁44の貫通孔14を通過して、反応室10に入る。そして、第1電極22と、第2電極24との間に電圧を印加する。これにより、反応室10の内部にプラズマ34が発生する。 This high-density plasma 60 then diffuses inside the plasma generation chamber 46, becoming plasma 61. This plasma 61 contains ions of the radical source supplied from the radical source inlet 42. A gas containing hydrogen gas is used as the radical source. Most of the ions in the plasma 61 are attracted to and collide with the partition wall 44. The radicals 38 in the plasma 61 pass through the through-holes 14 in the partition wall 44 without being attracted to the partition wall 44, and enter the reaction chamber 10. A voltage is then applied between the first electrode 22 and the second electrode 24. This generates plasma 34 inside the reaction chamber 10.

プラズマ34の雰囲気中には、ラジカル38が存在している。そして、このプラズマ34の雰囲気中で負極集電体N1の第1面N1aに突起部PR1が成長する。その際に、負極集電体N1の第1面N1aから銅の粒子GR1が飛散し、負極集電体N1の第1面N1aに再付着する。 Radicals 38 are present in the plasma 34 atmosphere. In this plasma 34 atmosphere, protrusions PR1 grow on the first surface N1a of the negative electrode current collector N1. During this process, copper particles GR1 are scattered from the first surface N1a of the negative electrode current collector N1 and re-adhere to the first surface N1a of the negative electrode current collector N1.

反応室10の内部の圧力は、5~2000mTorr(0.65Pa~267Pa)の範囲内である。また、負極集電体N1の温度は、0℃以上500℃未満の範囲内である。好ましくは、0℃以上400℃以下である。もちろん、これらは例示であり、これらの数値範囲に限らない。 The pressure inside the reaction chamber 10 is within the range of 5 to 2000 mTorr (0.65 Pa to 267 Pa). The temperature of the negative electrode current collector N1 is within the range of 0°C or higher and lower than 500°C. Preferably, it is within the range of 0°C or higher and 400°C or lower. Of course, these are merely examples, and the temperature is not limited to these numerical ranges.

6-2.カーボンナノウォール成長工程
続いて、製造装置1の内部で、突起部PR1の上にカーボンナノウォールCNW1を成長させる。突起部PR1を成長させる場合と同様に、プラズマ61を発生させる。反応室10の内部には、ラジカル38の他に、原料導入口12から炭素系ガス32を供給する。ラジカル38のラジカル源として水素ガスを用い、炭素系ガス32として、例えば、CH4 やC2 F6 を用いる。もちろん、それ以外のものであってもよい。また、これらのガスにAr等の希ガスを追加してもよい。
6-2. Carbon Nanowall Growth Process Next, carbon nanowalls CNW1 are grown on the protrusions PR1 inside the manufacturing apparatus 1. As in the case of growing the protrusions PR1, plasma 61 is generated. In addition to radicals 38, a carbon-based gas 32 is supplied from the raw material inlet 12 into the reaction chamber 10. Hydrogen gas is used as the radical source for the radicals 38, and, for example, CH4 or C2F6 is used as the carbon-based gas 32. Of course, other gases may also be used. Furthermore, a rare gas such as Ar may be added to these gases.

このように、製造装置1の内部で炭素原子を含むガスをプラズマ化して負極集電体N1に供給する。負極集電体N1の第1面N1aの突起部PR1を成長起点として、突起部PR1の上にカーボンナノウォールを成長させる。 In this way, a gas containing carbon atoms is converted into plasma inside the manufacturing apparatus 1 and supplied to the negative electrode current collector N1. Carbon nanowalls are grown on the protrusions PR1 on the first surface N1a of the negative electrode current collector N1, with the protrusions PR1 serving as growth starting points.

反応室10の内部の圧力は、5~2000mTorr(0.65Pa~267Pa)の範囲内である。また、負極集電体N1の温度は、0℃以上500℃以下の範囲内である。もちろん、これらは例示であり、これらの数値範囲に限らない。 The pressure inside the reaction chamber 10 is within the range of 5 to 2000 mTorr (0.65 Pa to 267 Pa). Furthermore, the temperature of the negative electrode current collector N1 is within the range of 0°C to 500°C. Of course, these are merely examples and are not limited to these numerical ranges.

このように、第1の実施形態では、水素ガスを含むガスをプラズマ化して金属基板に供給し、金属基板の第1面の上に金属基板と同じ材質の複数の粒子を第1面と融合させた突起部を形成する。炭素原子を含むガスをプラズマ化して金属基板に供給し、金属基板の第1面の突起部の上にカーボンナノウォールを成長させる。 In this way, in the first embodiment, a gas containing hydrogen gas is converted into plasma and supplied to a metal substrate, and protrusions are formed on the first surface of the metal substrate by fusing multiple particles of the same material as the metal substrate with the first surface. A gas containing carbon atoms is converted into plasma and supplied to the metal substrate, and carbon nanowalls are grown on the protrusions on the first surface of the metal substrate.

8.第1の実施形態の効果
第1の実施形態のリチウムイオン二次電池LiB1の負極NEは、突起部PR1を有する。突起部PR1は、複数の粒子GR1が集合した集合体が負極集電体N1の第1面N1aに融合したものである。このため、突起部PR1を起点にしてカーボンナノウォールCNW1が生成されやすい。したがって、カーボンナノウォールCNW1の成膜温度は、0℃以上500℃以下であり、従来の成膜温度よりも低い。
8. Effects of the First Embodiment The negative electrode NE of the lithium-ion secondary battery LiB1 of the first embodiment has a protrusion PR1. The protrusion PR1 is formed by an aggregate of a plurality of particles GR1 fused to the first surface N1a of the negative electrode current collector N1. Therefore, carbon nanowalls CNW1 are easily generated starting from the protrusion PR1. Therefore, the film formation temperature of the carbon nanowalls CNW1 is 0°C or higher and 500°C or lower, which is lower than the conventional film formation temperature.

9.変形例
9-1.アモルファスカーボン層
負極NEは、アモルファスカーボン層AC1を有していてもよい。アモルファスカーボン層AC1は、導電性である。アモルファスカーボン層AC1は、負極集電体N1の第1面N1aとカーボンナノウォールCNW1との間に位置している。アモルファスカーボン層AC1は、カーボンナノウォールCNW1を構成するグラフェンシートGS1の成長の起点となり得る層である。アモルファスカーボン層AC1の膜厚は、例えば、10nm以上300nm以下である。好ましくは、10nm以上100nm以下である。より好ましくは、12nm以上30nm以下である。
9. Modification 9-1. Amorphous Carbon Layer The negative electrode NE may have an amorphous carbon layer AC1. The amorphous carbon layer AC1 is conductive. The amorphous carbon layer AC1 is located between the first surface N1a of the negative electrode current collector N1 and the carbon nanowall CNW1. The amorphous carbon layer AC1 is a layer that can serve as a starting point for the growth of the graphene sheet GS1 that constitutes the carbon nanowall CNW1. The film thickness of the amorphous carbon layer AC1 is, for example, 10 nm or more and 300 nm or less. Preferably, it is 10 nm or more and 100 nm or less. More preferably, it is 12 nm or more and 30 nm or less.

9-2.製造装置
第1の実施形態では、製造装置1の内部で突起部形成工程およびカーボンナノウォール成長工程を続けて実施する。しかし、突起部形成工程およびカーボンナノウォール成長工程を別々の装置で実施してもよい。また、製造装置1以外のプラズマを用いた成膜装置を用いてもよい。
9-2. Manufacturing Apparatus In the first embodiment, the protrusion formation process and the carbon nanowall growth process are performed consecutively inside the manufacturing apparatus 1. However, the protrusion formation process and the carbon nanowall growth process may be performed in separate apparatuses. Also, a plasma-based film formation apparatus other than the manufacturing apparatus 1 may be used.

9-3.突起部形成工程
突起部形成工程として別の処理を行ってもよい。突起部形成工程における処理として、例えば、プレスなどの圧力処理、薬液処理、銅またはアルミニウムのターゲットを用いたスパッタリング等が挙げられる。
9-3. Protrusion Forming Step Other treatments may be performed as the protrusion forming step. Examples of treatments in the protrusion forming step include pressure treatment such as pressing, chemical treatment, and sputtering using a copper or aluminum target.

9-4.金属基板
金属基板は、銅とアルミニウムとの少なくとも一方を含有するとよい。例えば、金属基板は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金を含有する。また、金属基板の形状は、板、箔、その他の形状であってもよい。
9-4. Metal Substrate The metal substrate preferably contains at least one of copper and aluminum. For example, the metal substrate contains copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy. The metal substrate may be in the form of a plate, foil, or other shape.

9-5.組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてよい。
9-5. Combinations The above modifications may be freely combined.

(実験)
1.突起部の形成
製造装置1の内部で銅箔(銅基板)の上に突起部PR1を形成した。その際の条件を表1に示す。水素ガスの流量は50sccmであった。Arの流量は5sccmであった。マイクロ波の電力(MW電力)は400Wであった。電極間に印加した電力(CCP電力)は400Wであった。ヒーター25の温度は560℃であった。処理時間は10分であった。
(experiment)
1. Formation of protrusions Protrusions PR1 were formed on copper foil (copper substrate) inside the manufacturing apparatus 1. The conditions are shown in Table 1. The flow rate of hydrogen gas was 50 sccm. The flow rate of Ar was 5 sccm. The microwave power (MW power) was 400 W. The power applied between the electrodes (CCP power) was 400 W. The temperature of the heater 25 was 560°C. The processing time was 10 minutes.

なお、製造装置1の内部にはカーボンナノウォールCNW1の原料ガスとなる炭素系ガス32を供給していない。このため、水素ガスのプラズマが発生し、水素ラジカルが銅箔に供給される。 Note that no carbon-based gas 32, which serves as the raw material gas for carbon nanowalls CNW1, is supplied to the interior of the manufacturing apparatus 1. As a result, hydrogen gas plasma is generated, and hydrogen radicals are supplied to the copper foil.

[表1]
条件 突起部形成工程
H2 (sccm) 50
Ar(sccm) 5
MW電力(W) 400
CCP電力(W) 400
圧力(Pa) 2
ヒーター温度(℃) 560
処理時間(min) 10
[Table 1]
Conditions Protrusion formation process H2 (sccm) 50
Ar (sccm) 5
MW power (W) 400
CCP power (W) 400
Pressure (Pa) 2
Heater temperature (℃) 560
Processing time (min) 10

図5は、銅箔の上に水素ラジカルを照射した後の銅箔の表面を示す走査型電子顕微鏡写真(その1)である。図5には、銅箔の表面に多数の銅の粒子が堆積し、突起部を形成している様子が示されている。観察される粒子の形状から、水素ラジカルの照射により銅箔から叩き出された銅粒子が銅箔の表面に再付着したものと考えられる。 Figure 5 is a scanning electron microscope photograph (part 1) showing the surface of copper foil after it has been irradiated with hydrogen radicals. Figure 5 shows that numerous copper particles have accumulated on the surface of the copper foil, forming protrusions. Judging from the shape of the particles observed, it is believed that the copper particles were knocked out of the copper foil by the irradiation of hydrogen radicals and have re-adhered to the surface of the copper foil.

2.突起部およびカーボンナノウォールの形成
2-1.成膜
製造装置1の内部で銅箔(銅基板)の上に突起部PR1およびカーボンナノウォールCNW1を形成した。その際の条件を表2に示す。なお、突起部PR1およびカーボンナノウォールCNW1を成長させる際に、ヒーター25の温度を室温(RT)から500℃の間で変化させた。
2. Formation of protrusions and carbon nanowalls 2-1. Film formation Protrusions PR1 and carbon nanowalls CNW1 were formed on copper foil (copper substrate) inside the manufacturing apparatus 1. The conditions for this are shown in Table 2. When growing the protrusions PR1 and carbon nanowalls CNW1, the temperature of the heater 25 was changed between room temperature (RT) and 500°C.

[表2]
条件 突起部形成工程 CNW成長工程
CH4 (sccm) 0 100
H2 (sccm) 50 50
Ar(sccm) 5 5
MW電力(W) 400 400
CCP電力(W) 400 400
圧力(Pa) 2 1
ヒーター温度(℃) 20-500 20-500
処理時間(min) 10 10
[Table 2]
Conditions Protrusion formation process CNW growth process CH4 (sccm) 0 100
H2 (sccm) 50 50
Ar(sccm) 5 5
MW power (W) 400 400
CCP power (W) 400 400
Pressure (Pa) 2 1
Heater temperature (℃) 20-500 20-500
Processing time (min) 10 10

2-2.カーボンナノウォールの写真
図6は、ヒーター設定温度が500℃で成長させたカーボンナノウォールの表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。基板温度はヒーター設定温度とプラズマが基板に与えるエネルギーとにより決まる。プラズマからの粒子が基板に衝突するために、基板温度はヒーター設定温度より高温になることがあるが、これらの温度はおおむね同程度であると推定される。図6に示すように、カーボンナノウォールがランダムに成長し、ウォールが互いに合流している。
2-2. Photograph of carbon nanowalls Figure 6 is a scanning electron microscope photograph showing the surface of carbon nanowalls grown at a heater set temperature of 500°C. The substrate temperature is determined by the heater set temperature and the energy imparted to the substrate by the plasma. Although the substrate temperature may become higher than the heater set temperature due to collision of particles from the plasma with the substrate, these temperatures are estimated to be roughly the same. As shown in Figure 6, the carbon nanowalls grow randomly, with the walls merging with each other.

図7は、ヒーター設定温度が500℃で成長させたカーボンナノウォールの断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。図7に示すように、10分間の成膜により高さ1μmのカーボンナノウォールが成膜された。 Figure 7 is a scanning electron microscope photograph showing the cross section of carbon nanowalls grown at a heater setting temperature of 500°C. As shown in Figure 7, carbon nanowalls 1 μm in height were formed after 10 minutes of film formation.

図8は、ヒーター設定温度が400℃で成長させたカーボンナノウォールの表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。図8に示すように、カーボンナノウォールがランダムに成長し、ウォールが互いに合流している。 Figure 8 is a scanning electron microscope photograph showing the surface of carbon nanowalls grown at a heater setting temperature of 400°C. As shown in Figure 8, the carbon nanowalls grow randomly, with the walls merging with each other.

図9は、ヒーター設定温度が400℃で成長させたカーボンナノウォールの断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。図9に示すように、10分間の成膜により高さ900nmのカーボンナノウォールが成膜された。 Figure 9 is a scanning electron microscope photograph showing the cross section of carbon nanowalls grown at a heater setting temperature of 400°C. As shown in Figure 9, carbon nanowalls 900 nm in height were formed after 10 minutes of film formation.

図10は、ヒーター設定温度が300℃で成長させたカーボンナノウォールの表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。図10に示すように、カーボンナノウォールがランダムに成長し、ウォールが互いに合流している。 Figure 10 is a scanning electron microscope photograph showing the surface of carbon nanowalls grown at a heater setting temperature of 300°C. As shown in Figure 10, the carbon nanowalls grow randomly, with the walls merging with each other.

図11は、ヒーター設定温度が300℃で成長させたカーボンナノウォールの断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。図11に示すように、10分間の成膜により高さ850nmのカーボンナノウォールが成膜された。 Figure 11 is a scanning electron microscope photograph showing the cross section of carbon nanowalls grown at a heater setting temperature of 300°C. As shown in Figure 11, carbon nanowalls with a height of 850 nm were formed after 10 minutes of film formation.

図12は、ヒーター設定温度が200℃で成長させたカーボンナノウォールの表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。図12に示すように、カーボンナノウォールがランダムに成長し、ウォールが互いに合流している。 Figure 12 is a scanning electron microscope photograph showing the surface of carbon nanowalls grown at a heater setting temperature of 200°C. As shown in Figure 12, the carbon nanowalls grow randomly, with the walls merging with each other.

図13は、ヒーター設定温度が200℃で成長させたカーボンナノウォールの断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。図13に示すように、10分間の成膜により高さ750nmのカーボンナノウォールが成膜された。 Figure 13 is a scanning electron microscope photograph showing the cross section of carbon nanowalls grown at a heater setting temperature of 200°C. As shown in Figure 13, carbon nanowalls with a height of 750 nm were formed after 10 minutes of film formation.

図14は、ヒーター設定温度が20℃で成長させたカーボンナノウォールの表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。図14に示すように、カーボンナノウォールがランダムに成長し、ウォールが互いに合流している。 Figure 14 is a scanning electron microscope photograph showing the surface of carbon nanowalls grown at a heater setting temperature of 20°C. As shown in Figure 14, the carbon nanowalls grow randomly, with the walls merging with each other.

図15は、ヒーター設定温度が20℃で成長させたカーボンナノウォールの断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。図15に示すように、10分間の成膜により高さ800nmのカーボンナノウォールが成膜された。 Figure 15 is a scanning electron microscope photograph showing the cross section of carbon nanowalls grown at a heater setting temperature of 20°C. As shown in Figure 15, carbon nanowalls with a height of 800 nm were formed after 10 minutes of film formation.

図16は、水素ラジカルを照射することなくヒーター設定温度が500℃で成長させたカーボンナノウォールの表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。この場合には、突起部PR1は形成されない。図16に示すように、水素ラジカルを照射しなかった場合であってもカーボンナノウォールはわずかに成長している。しかし、カーボンナノウォールの密度は疎である。このため、このカーボンナノウォールはリチウムイオン二次電池の負極に用いるにはカーボンナノウォールの密度が不十分である。 Figure 16 is a scanning electron microscope photograph showing the surface of carbon nanowalls grown at a heater set temperature of 500°C without irradiating with hydrogen radicals. In this case, protrusions PR1 are not formed. As shown in Figure 16, even without irradiating with hydrogen radicals, carbon nanowalls grow slightly. However, the density of the carbon nanowalls is sparse. Therefore, the density of these carbon nanowalls is insufficient for use in the negative electrode of a lithium-ion secondary battery.

2-3.リチウムイオン二次電池
第1の実施形態のリチウムイオン二次電池LiB1を製造した。正極集電体P1はアルミニウムであり、正極活物質はコバルト酸リチウムであった。負極集電体N1は銅であり、負極活物質はカーボンナノウォールであった。電解液は1MのLiPF6 であった。正極活物質層は、直径1.6cmの領域であった。負極活物質層は、直径1.3cmの領域であった。
2-3. Lithium-ion secondary battery A lithium-ion secondary battery LiB1 of the first embodiment was manufactured. The positive electrode current collector P1 was aluminum, and the positive electrode active material was lithium cobalt oxide. The negative electrode current collector N1 was copper, and the negative electrode active material was carbon nanowalls. The electrolyte was 1 M LiPF6. The positive electrode active material layer had a diameter of 1.6 cm. The negative electrode active material layer had a diameter of 1.3 cm.

正極活物質層は、コバルト酸リチウムと、導電助剤と、結着剤と、を含有する。導電助剤はアセチレンブラックであった。結着剤はPVDFであった。コバルト酸リチウムと、アセチレンブラックと、PVDFとの重量比は、100:5:3であった。 The positive electrode active material layer contained lithium cobalt oxide, a conductive additive, and a binder. The conductive additive was acetylene black. The binder was PVDF. The weight ratio of lithium cobalt oxide, acetylene black, and PVDF was 100:5:3.

図17は、ヒーター設定温度を500℃にして銅箔にカーボンナノウォールを成長させた負極を有するリチウムイオン二次電池の容量と電圧との間の関係を示すグラフである。図17の横軸は充放電容量である。図17の縦軸は電圧である。充電電流または放電電流は0.5mAであった。図17に示すように、リチウムイオン二次電池の放電容量は13.1mAhであった。 Figure 17 is a graph showing the relationship between capacity and voltage of a lithium-ion secondary battery having a negative electrode in which carbon nanowalls were grown on copper foil with a heater set temperature of 500°C. The horizontal axis of Figure 17 represents charge/discharge capacity. The vertical axis of Figure 17 represents voltage. The charge or discharge current was 0.5 mA. As shown in Figure 17, the discharge capacity of the lithium-ion secondary battery was 13.1 mAh.

図18は、ヒーター設定温度を400℃にして銅箔にカーボンナノウォールを成長させた負極を有するリチウムイオン二次電池の容量と電圧との間の関係を示すグラフである。図18の横軸は充放電容量である。図18の縦軸は電圧である。充電電流または放電電流は0.5mAであった。図18に示すように、リチウムイオン二次電池の放電容量は13.1mAhであった。 Figure 18 is a graph showing the relationship between capacity and voltage of a lithium-ion secondary battery having a negative electrode in which carbon nanowalls were grown on copper foil with a heater set temperature of 400°C. The horizontal axis of Figure 18 represents charge/discharge capacity. The vertical axis of Figure 18 represents voltage. The charge or discharge current was 0.5 mA. As shown in Figure 18, the discharge capacity of the lithium-ion secondary battery was 13.1 mAh.

図19は、ヒーター設定温度を300℃にして銅箔にカーボンナノウォールを成長させた負極を有するリチウムイオン二次電池の容量と電圧との間の関係を示すグラフである。図19の横軸は充放電容量である。図19の縦軸は電圧である。充電電流または放電電流は0.5mAであった。図19に示すように、リチウムイオン二次電池の放電容量は13.1mAhであった。 Figure 19 is a graph showing the relationship between capacity and voltage of a lithium-ion secondary battery having a negative electrode in which carbon nanowalls were grown on copper foil with a heater set temperature of 300°C. The horizontal axis of Figure 19 represents charge/discharge capacity. The vertical axis of Figure 19 represents voltage. The charge or discharge current was 0.5 mA. As shown in Figure 19, the discharge capacity of the lithium-ion secondary battery was 13.1 mAh.

図20は、ヒーター設定温度を200℃にして銅箔にカーボンナノウォールを成長させた負極を有するリチウムイオン二次電池の容量と電圧との間の関係を示すグラフである。図20の横軸は充放電容量である。図20の縦軸は電圧である。充電電流または放電電流は0.5mAであった。図20に示すように、リチウムイオン二次電池の放電容量は12.8mAhであった。 Figure 20 is a graph showing the relationship between capacity and voltage of a lithium-ion secondary battery having a negative electrode in which carbon nanowalls were grown on copper foil with a heater set temperature of 200°C. The horizontal axis of Figure 20 represents charge/discharge capacity. The vertical axis of Figure 20 represents voltage. The charge or discharge current was 0.5 mA. As shown in Figure 20, the discharge capacity of the lithium-ion secondary battery was 12.8 mAh.

図21は、ヒーター設定温度を20℃にして銅箔にカーボンナノウォールを成長させた負極を有するリチウムイオン二次電池の容量と電圧との間の関係を示すグラフである。図21の横軸は充放電容量である。図21の縦軸は電圧である。充電電流または放電電流は0.5mAであった。図21に示すように、リチウムイオン二次電池の放電容量は13.1mAhであった。 Figure 21 is a graph showing the relationship between capacity and voltage of a lithium-ion secondary battery having a negative electrode in which carbon nanowalls were grown on copper foil with a heater set temperature of 20°C. The horizontal axis of Figure 21 represents charge/discharge capacity. The vertical axis of Figure 21 represents voltage. The charge or discharge current was 0.5 mA. As shown in Figure 21, the discharge capacity of the lithium-ion secondary battery was 13.1 mAh.

3.粒子
3-1.プラズマ装置
この実験においては、製造装置1の代わりに、誘導結合プラズマ(ICP)装置を用いて突起部形成工程を実施した。表3は、ICP装置における処理条件を示している。
3. Particles 3-1. Plasma Apparatus In this experiment, the protrusion formation step was carried out using an inductively coupled plasma (ICP) apparatus instead of the manufacturing apparatus 1. Table 3 shows the processing conditions in the ICP apparatus.

[表3]
条件 突起部形成工程
H2 (sccm) 100
Ar(sccm) 15
ICP電力(W) 1000
圧力(Pa) 3
ヒーター温度(℃) 560
処理時間(min) 10
[Table 3]
Conditions Protrusion formation process H2 (sccm) 100
Ar(sccm) 15
ICP power (W) 1000
Pressure (Pa) 3
Heater temperature (℃) 560
Processing time (min) 10

3-2.水素ガスの供給量と突起部
水素ガスの供給量を変化させて突起部の数および大きさについて調べた。なお、第2電極24に印加するバイアスは0Vであった。
3-2. Hydrogen Gas Supply Amount and Protrusions The amount of hydrogen gas supplied was changed to examine the number and size of protrusions. The bias applied to the second electrode 24 was 0 V.

図22は、銅箔の上に水素ラジカルを照射した後の銅箔の表面を示す走査型電子顕微鏡写真(その2)である。 Figure 22 is a scanning electron microscope photograph (part 2) showing the surface of copper foil after irradiating it with hydrogen radicals.

図23は、銅箔の上に水素ラジカルを照射した後の銅箔の表面を示す走査型電子顕微鏡写真(その3)である。図23は図22の一部を拡大した写真である。白くなっている領域が突起部の領域である。 Figure 23 is a scanning electron microscope photograph (part 3) showing the surface of copper foil after irradiating it with hydrogen radicals. Figure 23 is an enlarged photograph of a portion of Figure 22. The white areas are the protrusions.

図24は、図23の線上の凹凸の測定結果を示すグラフである。図24の横軸は位置である。図24の縦軸は基準面からの高さである。図24に示すように、高さ200nm程度、幅200nm程度の突起部が観測されている。図24からも推定されるように、突起部の高さと幅は同程度である。 Figure 24 is a graph showing the measurement results of the unevenness on the line in Figure 23. The horizontal axis in Figure 24 is position. The vertical axis in Figure 24 is height from the reference plane. As shown in Figure 24, protrusions with a height of approximately 200 nm and a width of approximately 200 nm were observed. As can be inferred from Figure 24, the height and width of the protrusions are approximately the same.

走査型電子顕微鏡における白い領域の面積を走査型電子顕微鏡の機能を用いて測定した。白い領域の面積が突起部の二次元的な大きさに該当する。 The area of the white region in the scanning electron microscope was measured using the scanning electron microscope's functions. The area of the white region corresponds to the two-dimensional size of the protrusion.

図25は、水素の供給量と突起部の面積が10nm2 以上100nm2 以下の突起部の個数との関係を示すグラフである。図25の横軸は水素の供給量(sccm)である。図25の縦軸は10μm2 あたりの突起部の個数である。水素の供給量が100sccmの場合に、面積が10nm2 以上100nm2 以下の小さい突起部の数が多い傾向にある。 25 is a graph showing the relationship between the amount of hydrogen supplied and the number of protrusions with an area of 10 nm2 or more and 100 nm2 or less. The horizontal axis of FIG. 25 represents the amount of hydrogen supplied (sccm). The vertical axis of FIG. 25 represents the number of protrusions per 10 μm2. When the amount of hydrogen supplied is 100 sccm, there tends to be a large number of small protrusions with an area of 10 nm2 or more and 100 nm2 or less.

図26は、水素の供給量と突起部の面積が100nm2 以上1000nm2 以下の突起部の個数との関係を示すグラフである。図26の横軸は水素の供給量(sccm)である。図26の縦軸は10μm2 あたりの突起部の個数である。水素の供給量が50sccmの場合に、面積が100nm2 以上1000nm2 以下の中程度の突起部の数が多い傾向にある。 Fig. 26 is a graph showing the relationship between the amount of hydrogen supplied and the number of protrusions with an area of 100 nm2 or more and 1000 nm2 or less. The horizontal axis of Fig. 26 represents the amount of hydrogen supplied (sccm). The vertical axis of Fig. 26 represents the number of protrusions per 10 µm2 . When the amount of hydrogen supplied is 50 sccm, there tends to be a large number of medium-sized protrusions with an area of 100 nm2 or more and 1000 nm2 or less.

図27は、水素の供給量と突起部の面積が1000nm2 以上10000nm2 以下の突起部の個数との関係を示すグラフである。図27の横軸は水素の供給量(sccm)である。図27の縦軸は10μm2 あたりの突起部の個数である。水素の供給量が100sccmの場合に、面積が1000nm2 以上10000nm2 以下の大きい突起部の数が多い傾向にある。 Fig. 27 is a graph showing the relationship between the amount of hydrogen supplied and the number of protrusions with an area of 1000 nm2 or more and 10,000 nm2 or less. The horizontal axis of Fig. 27 represents the amount of hydrogen supplied (sccm). The vertical axis of Fig. 27 represents the number of protrusions per 10 µm2. When the amount of hydrogen supplied is 100 sccm, there tends to be a large number of large protrusions with an area of 1000 nm2 or more and 10,000 nm2 or less.

図28は、水素の供給量と突起部の個数との関係を示すグラフである。図28の横軸は水素の供給量(sccm)である。図28の縦軸は10μm2 あたりの突起部の個数である。水素の供給量が100sccmの場合に、突起部の数が多い傾向にある。 Fig. 28 is a graph showing the relationship between the amount of hydrogen supplied and the number of protrusions. The horizontal axis of Fig. 28 represents the amount of hydrogen supplied (sccm). The vertical axis of Fig. 28 represents the number of protrusions per 10 µm2 . When the amount of hydrogen supplied is 100 sccm, the number of protrusions tends to be large.

このように、水素の供給量が100sccmの場合に、突起部の数が多い傾向にある。この場合には、小さい突起部と大きい突起部との数が多い。 As such, when the hydrogen supply rate is 100 sccm, the number of protrusions tends to be high. In this case, there are many small and large protrusions.

水素の供給量が50sccmの場合に、面積が100nm2 以上1000nm2 以下の中程度の突起部の数が多い傾向にある。このときには、大きい突起部および小さい突起部の数がそれほど多くない。したがって、この場合には、突起部の大きさが中程度に揃っている。 When the hydrogen supply rate is 50 sccm, there tends to be a large number of medium-sized protrusions with an area of 100 nm2 or more and 1000 nm2 or less. At this time, the number of large and small protrusions is not so large. Therefore, in this case, the protrusions are uniform in size to a medium extent.

3-3.バイアスと突起部
水素の供給量を100sccmとし、第2電極24に印加するバイアスを変化させた。第2電極24に印加するバイアスはDCバイアスである。
3-3. Bias and protrusions The hydrogen supply rate was set to 100 sccm, and the bias applied to the second electrode 24 was varied. The bias applied to the second electrode 24 was a DC bias.

図29は、バイアスの大きさと突起部の面積が10nm2 以上100nm2 以下の突起部の個数との関係を示すグラフである。図29の横軸はバイアスである。図29の縦軸は10μm2 あたりの突起部の個数である。図29に示すように、負のバイアスを印加することにより、突起部の面積が10nm2 以上100nm2 以下の突起部の個数は減少する。 Figure 29 is a graph showing the relationship between the magnitude of the bias and the number of protrusions with an area of 10 nm2 or more and 100 nm2 or less. The horizontal axis of Figure 29 is bias. The vertical axis of Figure 29 is the number of protrusions per 10 µm2. As shown in Figure 29, by applying a negative bias, the number of protrusions with an area of 10 nm2 or more and 100 nm2 or less decreases.

図30は、バイアスの大きさと突起部の面積が100nm2 以上1000nm2 以下の突起部の個数との関係を示すグラフである。図30の横軸はバイアスである。図30の縦軸は10μm2 あたりの突起部の個数である。図30に示すように、-25Vのバイアスを印加した場合に、突起部の面積が100nm2 以上1000nm2 以下の突起部の個数が最も多い。このため、面積が100nm2 以上1000nm2 以下の突起部の個数が多い基板を形成する場合には、-25V程度のバイアスを印加することが好ましい。 FIG. 30 is a graph showing the relationship between the magnitude of the bias and the number of protrusions having an area of 100 nm2 or more and 1000 nm2 or less. The horizontal axis of FIG. 30 is the bias. The vertical axis of FIG. 30 is the number of protrusions per 10 μm2. As shown in FIG. 30, when a bias of -25 V is applied, the number of protrusions having an area of 100 nm2 or more and 1000 nm2 or less is the greatest. Therefore, when forming a substrate having a large number of protrusions having an area of 100 nm2 or more and 1000 nm2 or less, it is preferable to apply a bias of about -25 V.

図31は、バイアスの大きさと突起部の面積が1000nm2 以上10000nm2 以下の突起部の個数との関係を示すグラフである。図31の横軸はバイアスである。図31の縦軸は10μm2 あたりの突起部の個数である。図31に示すように、-50Vのバイアスを印加した場合に、突起部の面積が1000nm2 以上10000nm2 以下の突起部の個数が最も多い。このため、面積が1000nm2 以上10000nm2 以下の突起部の個数が多い基板を形成する場合には、-50V程度のバイアスを印加することが好ましい。 FIG. 31 is a graph showing the relationship between the magnitude of the bias and the number of protrusions having an area of 1000 nm2 or more and 10,000 nm2 or less. The horizontal axis of FIG. 31 represents the bias. The vertical axis of FIG. 31 represents the number of protrusions per 10 μm2. As shown in FIG. 31, when a bias of -50 V is applied, the number of protrusions having an area of 1000 nm2 or more and 10,000 nm2 or less is the greatest. Therefore, when forming a substrate having a large number of protrusions having an area of 1000 nm2 or more and 10,000 nm2 or less , it is preferable to apply a bias of about -50 V.

図32は、バイアスの大きさと突起部の個数との関係を示すグラフである。図32の横軸はバイアスである。図32の縦軸は10μm2 あたりの突起部の個数である。負のバイアスを印加する場合には、バイアスの絶対値が大きいほど、突起部の数が減少する傾向にある。 Figure 32 is a graph showing the relationship between the magnitude of bias and the number of protrusions. The horizontal axis of Figure 32 is bias. The vertical axis of Figure 32 is the number of protrusions per 10 μm2. When a negative bias is applied, the number of protrusions tends to decrease as the absolute value of the bias increases.

バイアスが0Vの場合には、面積が10nm2 以上100nm2 以下の小さい突起部の数が多い傾向にある。バイアスが-25Vの場合には、面積が100nm2 以上1000nm2 以下の中程度の突起部の数が多い傾向にある。バイアスが-50Vの場合には、面積が1000nm2 以上10000nm2 以下の大きい突起部の数が多い傾向にある。バイアスが-100Vの場合には、突起部の大きさによらず突起部が形成されにくい傾向にある。 When the bias is 0 V, there tends to be a large number of small protrusions with an area of 10 nm or more and 100 nm or less . When the bias is -25 V , there tends to be a large number of medium -sized protrusions with an area of 100 nm or more and 1000 nm or less. When the bias is -50 V, there tends to be a large number of large protrusions with an area of 1000 nm or more and 10,000 nm or less. When the bias is -100 V, there tends to be a small number of protrusions, regardless of their size.

負のバイアスの絶対値が大きいほど、水素イオンが基板に衝突しやすい。また、水素イオンの運動エネルギーも高い。 The larger the absolute value of the negative bias, the more likely hydrogen ions are to collide with the substrate. The kinetic energy of the hydrogen ions is also higher.

このように、水素の供給量とバイアスの値とを選択することにより、基板に形成される突起部の大きさおよび個数をある程度制御することができる。 In this way, by selecting the amount of hydrogen supplied and the bias value, it is possible to control to some extent the size and number of protrusions formed on the substrate.

図33は、水素の供給量が100sccmであるとともにバイアスが-25Vの場合の基板の表面を示す顕微鏡写真である。図33に示すように、比較的多くの突起部が形成されている。 Figure 33 is a micrograph showing the surface of a substrate when the hydrogen supply rate is 100 sccm and the bias is -25 V. As shown in Figure 33, a relatively large number of protrusions are formed.

図34は、図33の基板の上にカーボンナノウォールを成長させた場合を示す顕微鏡写真である。カーボンナノウォールは十分に成長し、互いに合流している。 Figure 34 is a micrograph showing carbon nanowalls grown on the substrate shown in Figure 33. The carbon nanowalls have grown sufficiently and are merging with each other.

図35は、水素の供給量が100sccmであるとともにバイアスが-100Vの場合の基板の表面を示す顕微鏡写真である。図35に示すように、突起部は疎らに存在し、その数は少ない。 Figure 35 is a micrograph showing the surface of a substrate when the hydrogen supply rate is 100 sccm and the bias is -100 V. As shown in Figure 35, the protrusions are sparse and few in number.

図36は、図35の基板の上にカーボンナノウォールを成長させた場合を示す顕微鏡写真である。カーボンナノウォールも疎らに成長し、ウォール間隔も広い。すなわち、カーボンナノウォールの密度は低い。 Figure 36 is a micrograph showing carbon nanowalls grown on the substrate of Figure 35. The carbon nanowalls also grow sparsely, with wide spacing between the walls. In other words, the density of the carbon nanowalls is low.

したがって、カーボンナノウォールを成長させる際に、突起部の数が大きいほうがカーボンナノウォールの密度が高い傾向にある。 Therefore, when growing carbon nanowalls, the greater the number of protrusions, the higher the density of the carbon nanowalls tends to be.

(付記)
第1の態様におけるカーボンナノウォール成長用金属基板は、第1面を有する金属基板を有する。金属基板は、第1面に複数の突起部を有する。突起部を第1面に射影した射影領域の面積は、10nm2 以上10000nm2 以下である。突起部の密度は、1個/μm2 以上1000個/μm2 以下である。
(Additional Note)
A first aspect of the present invention provides a metal substrate for growing carbon nanowalls, comprising a first surface having a plurality of protrusions on the first surface, the protrusions projected onto the first surface having an area of 10 nm2 or more and 10,000 nm2 or less, and the protrusions having a density of 1/μm2 or more and 1,000/μm2 or less .

第2の態様におけるカーボンナノウォール成長用金属基板においては、突起部は、金属基板と同じ材質であるとともに、金属基板の第1面と融合して金属基板と一体となっている。 In the second embodiment of the metal substrate for growing carbon nanowalls, the protrusions are made of the same material as the metal substrate and are fused to the first surface of the metal substrate to form an integral part of the metal substrate.

第3の態様におけるカーボンナノウォール成長用金属基板においては、銅とアルミニウムとの少なくとも一方を含有する。 The metal substrate for growing carbon nanowalls in the third embodiment contains at least one of copper and aluminum.

第4の態様におけるカーボンナノウォール付き金属基板は、第1面を有する金属基板と、金属基板の第1面の上に形成されたカーボンナノウォールと、を有する。金属基板は、第1面に複数の突起部を有する。突起部を第1面に射影した射影領域の面積は、10nm2 以上10000nm2 以下である。突起部の密度は、1個/μm2 以上1000個/μm2 以下である。カーボンナノウォールは、突起部を跨いでいる。 A fourth aspect of the present invention provides a metal substrate with carbon nanowalls, comprising a metal substrate having a first surface and carbon nanowalls formed on the first surface of the metal substrate. The metal substrate has a plurality of protrusions on the first surface. The area of the protrusions projected onto the first surface is 10 nm2 or more and 10,000 nm2 or less. The density of the protrusions is 1/μm2 or more and 1,000/μm2 or less . The carbon nanowalls straddle the protrusions.

第5の態様におけるカーボンナノウォール付き金属基板においては、突起部は、金属基板と同じ材質であるとともに、金属基板の第1面と融合して金属基板と一体となっている。 In the fifth embodiment of the metal substrate with carbon nanowalls, the protrusions are made of the same material as the metal substrate and are fused to the first surface of the metal substrate, becoming one with the metal substrate.

第6の態様におけるカーボンナノウォール付き金属基板においては、金属基板が銅板または銅箔である。 In the sixth embodiment of the metal substrate with carbon nanowalls, the metal substrate is a copper plate or copper foil.

第7の態様におけるカーボンナノウォール付き金属基板は、金属基板の第1面とカーボンナノウォールとの間にアモルファスカーボン層を有する。 In the seventh aspect, the metal substrate with carbon nanowalls has an amorphous carbon layer between the first surface of the metal substrate and the carbon nanowalls.

第8の態様におけるカーボンナノウォール成長用金属基板の製造方法においては、水素ガスを含むガスをプラズマ化して金属基板に供給し、金属基板の第1面の上に金属基板と同じ材質からなる複数の突起部を形成する。 In the eighth aspect of the method for manufacturing a metal substrate for growing carbon nanowalls, a gas containing hydrogen gas is converted into plasma and supplied to the metal substrate, forming multiple protrusions made of the same material as the metal substrate on the first surface of the metal substrate.

第9の態様におけるカーボンナノウォール成長用金属基板の製造方法においては、突起部は、金属基板と同じ材質であるとともに、金属基板の第1面と融合させたものである。 In the ninth aspect of the method for manufacturing a metal substrate for growing carbon nanowalls, the protrusions are made of the same material as the metal substrate and are fused to the first surface of the metal substrate.

第10の態様におけるカーボンナノウォール成長用金属基板の製造方法においては、金属基板が銅板または銅箔である。 In the tenth aspect of the method for producing a metal substrate for growing carbon nanowalls, the metal substrate is a copper plate or copper foil.

第11の態様におけるカーボンナノウォール付き金属基板の製造方法においては、カーボンナノウォール成長用金属基板に、炭素原子を含むガスをプラズマ化して金属基板に供給し、金属基板の第1面の突起部を成長起点として、カーボンナノウォールを成長させる。 In the eleventh aspect of the method for producing a metal substrate with carbon nanowalls, a gas containing carbon atoms is converted into plasma and supplied to the metal substrate for growing carbon nanowalls, and carbon nanowalls are grown using the protrusions on the first surface of the metal substrate as growth starting points.

第12の態様におけるカーボンナノウォール付き金属基板の製造方法においては、水素ガスを含むガスをプラズマ化して金属基板に供給し、金属基板の第1面の上に金属基板と同じ材質からなる複数の突起部を形成し、炭素原子を含むガスをプラズマ化して金属基板に供給し、金属基板の第1面の突起部を成長起点として、カーボンナノウォールを成長させる。 In the twelfth aspect of the method for producing a metal substrate with carbon nanowalls, a gas containing hydrogen is converted into plasma and supplied to the metal substrate, forming multiple protrusions made of the same material as the metal substrate on the first surface of the metal substrate; a gas containing carbon atoms is converted into plasma and supplied to the metal substrate, and carbon nanowalls are grown using the protrusions on the first surface of the metal substrate as growth starting points.

第13の態様におけるカーボンナノウォール付き金属基板の製造方法においては、突起部は、金属基板と同じ材質であるとともに、金属基板の第1面と融合させたものである。 In the thirteenth aspect of the method for manufacturing a metal substrate with carbon nanowalls, the protrusions are made of the same material as the metal substrate and are fused to the first surface of the metal substrate.

第14の態様におけるカーボンナノウォール付き金属基板の製造方法においては、金属基板が銅板または銅箔である。 In the fourteenth aspect of the method for producing a metal substrate with carbon nanowalls, the metal substrate is a copper plate or copper foil.

第15の態様におけるカーボンナノウォール付き金属基板の製造方法においては、カーボンナノウォールを成長させる際の金属基板の温度が、0℃以上500℃未満である。 In the fifteenth aspect of the method for producing a metal substrate with carbon nanowalls, the temperature of the metal substrate when growing the carbon nanowalls is equal to or higher than 0°C and lower than 500°C.

LiB1…リチウムイオン二次電池
PE…正極
P1…正極集電体
P2…正極活物質層
NE…負極
N1…負極集電体
N1a…第1面
PR1…突起部
GR1…粒子
N2…負極活物質層
CNW1…カーボンナノウォール
Sp1…セパレータ
ES1…電解液
V1…容器
E1…先端部
R1…根元部
GS1…グラフェンシート
LiB1...lithium ion secondary battery PE...positive electrode P1...positive electrode current collector P2...positive electrode active material layer NE...negative electrode N1...negative electrode current collector N1a...first surface PR1...projection portion GR1...particle N2...negative electrode active material layer CNW1...carbon nanowall Sp1...separator ES1...electrolyte solution V1...container E1...tip portion R1...base portion GS1...graphene sheet

Claims (13)

第1面を有する金属基板と、
前記金属基板の前記第1面の上に形成されたカーボンナノウォールと、
を有し、
前記金属基板は、
前記第1面に複数の突起部を有し、
各前記突起部を前記第1面に射影した射影領域の面積は、
10nm以上10000nm以下であり、
前記突起部の密度は、
1個/μm以上1000個/μm以下であり、
前記カーボンナノウォールは、
前記突起部を跨いでいること
を含むカーボンナノウォール付き金属基板。
a metal substrate having a first surface;
carbon nanowalls formed on the first surface of the metal substrate;
and
The metal substrate is
a plurality of protrusions on the first surface;
The area of a projected region obtained by projecting each of the protrusions onto the first surface is
10 nm² or more and 10,000 nm² or less,
The density of the protrusions is
1 particle/μm 2 or more and 1000 particles/μm 2 or less,
The carbon nanowalls are
The metal substrate with carbon nanowalls includes the carbon nanowalls straddling the protrusions.
請求項1に記載のカーボンナノウォール付き金属基板において、
前記突起部は、
前記金属基板と同じ材質であるとともに、
前記金属基板の前記第1面と融合して前記金属基板と一体となっていること
を含むカーボンナノウォール付き金属基板。
The carbon nanowall-bearing metal substrate according to claim 1 ,
The protrusion is
The material is the same as that of the metal substrate,
The metal substrate with carbon nanowalls includes carbon nanowalls fused to the first surface of the metal substrate to be integrated with the metal substrate.
請求項1または請求項2に記載のカーボンナノウォール付き金属基板において、
前記金属基板が
銅板または銅箔であること
を含むカーボンナノウォール付き金属基板。
The carbon nanowall-bearing metal substrate according to claim 1 or 2,
The metal substrate with carbon nanowalls may be a copper plate or a copper foil.
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のカーボンナノウォール付き金属基板において、
前記金属基板の前記第1面と前記カーボンナノウォールとの間にアモルファスカーボン層を有すること
を含むカーボンナノウォール付き金属基板。
The metal substrate with carbon nanowalls according to any one of claims 1 to 3,
The metal substrate with carbon nanowalls includes an amorphous carbon layer between the first surface of the metal substrate and the carbon nanowalls.
水素ガスを含むガスをプラズマ化して水素ラジカルを金属基板に供給し、
前記金属基板の第1面の上に前記金属基板と同じ材質からなる複数の突起部を形成することを含み、
各前記突起部は、1個または複数の粒子で構成されている、金属基板の製造方法。
A gas containing hydrogen gas is converted into plasma to supply hydrogen radicals to the metal substrate,
forming a plurality of protrusions made of the same material as the metal substrate on a first surface of the metal substrate ;
A method for manufacturing a metal substrate , wherein each of the protrusions is composed of one or more particles .
請求項5に記載の金属基板の製造方法において、
前記突起部は、
前記金属基板と同じ材質であるとともに、
前記金属基板の前記第1面と融合させたものであること
を含む金属基板の製造方法。
The method for manufacturing a metal substrate according to claim 5,
The protrusion is
The material is the same as that of the metal substrate,
and fusing the first surface of the metal substrate with the second surface of the metal substrate.
請求項5または請求項6に記載の金属基板の製造方法において、
前記金属基板が
銅板または銅箔であること
を含む金属基板の製造方法。
7. The method for producing a metal substrate according to claim 5 or 6,
The method for manufacturing a metal substrate, wherein the metal substrate is a copper plate or a copper foil.
水素ガスを含むガスをプラズマ化して水素ラジカルを金属基板に供給し、
前記金属基板の第1面の上に前記金属基板と同じ材質からなる複数の突起部を形成し、
炭素原子を含むガスをプラズマ化して前記金属基板に供給し、前記金属基板の前記第1面の前記突起部を成長起点として、カーボンナノウォールを成長させることを含み、
各前記突起部は、1個または複数の粒子で構成されている、カーボンナノウォール付き金属基板の製造方法。
A gas containing hydrogen gas is converted into plasma to supply hydrogen radicals to the metal substrate,
forming a plurality of protrusions made of the same material as the metal substrate on a first surface of the metal substrate;
a plasma of a gas containing carbon atoms is supplied to the metal substrate, and carbon nanowalls are grown from the protrusions on the first surface of the metal substrate as growth starting points ;
In the method for producing a metal substrate with carbon nanowalls , each of the protrusions is composed of one or more particles .
請求項8に記載のカーボンナノウォール付き金属基板の製造方法において、
各前記突起部を前記第1面に射影した射影領域の面積が、10nm以上10000nm以下となり、前記突起部の密度が、1個/μm以上1000個/μm以下となるように、複数の前記突起部を形成すること、
を含むカーボンナノウォール付き金属基板の製造方法。
9. The method for producing a metal substrate with carbon nanowalls according to claim 8,
forming the plurality of protrusions so that the area of a projected region obtained by projecting each of the protrusions onto the first surface is 10 nm2 or more and 10,000 nm2 or less , and the density of the protrusions is 1 piece/μm2 or more and 1,000 pieces/ μm2 or less;
A method for producing a metal substrate with carbon nanowalls, comprising:
請求項9に記載のカーボンナノウォール付き金属基板の製造方法において、
前記突起部は、
前記金属基板と同じ材質であるとともに、
前記金属基板の前記第1面と融合させたものであること
を含むカーボンナノウォール付き金属基板の製造方法。
10. The method for producing a metal substrate with carbon nanowalls according to claim 9,
The protrusion is
The material is the same as that of the metal substrate,
and fusing the first surface of the metal substrate with the carbon nanowalls.
請求項8から請求項10までのいずれか1項に記載のカーボンナノウォール付き金属基板の製造方法において、
前記金属基板が、銅とアルミニウムとの少なくとも一方を含むものであること
を含むカーボンナノウォール付き金属基板の製造方法。
11. The method for producing a metal substrate with carbon nanowalls according to claim 8, wherein:
The method for producing a metal substrate with carbon nanowalls includes the metal substrate containing at least one of copper and aluminum.
請求項11に記載のカーボンナノウォール付き金属基板の製造方法において、
前記金属基板が
銅板または銅箔であること
を含むカーボンナノウォール付き金属基板の製造方法。
The method for producing a metal substrate with carbon nanowalls according to claim 11,
The method for producing a metal substrate with carbon nanowalls, wherein the metal substrate is a copper plate or copper foil.
請求項8から請求項12までのいずれか1項に記載のカーボンナノウォール付き金属基板の製造方法において、
前記カーボンナノウォールを成長させる際の前記金属基板の温度が、
0℃以上500℃未満であること
を含むカーボンナノウォール付き金属基板の製造方法。
13. The method for producing a metal substrate with carbon nanowalls according to claim 8, wherein:
The temperature of the metal substrate during the growth of the carbon nanowalls is
The method for producing a metal substrate with carbon nanowalls includes heating at a temperature of 0°C or higher but lower than 500°C.
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