本發明專利技術的目的之一是提供一種兼有使鋰等的離子透過的能力和導電性的石墨烯。另外，本發明專利技術的目的之一是通過使用該石墨烯提供一種其充放電特性良好的蓄電裝置。在包含碳及氮形成的環狀結構的內側具有空孔的石墨烯具有使鋰等的離子透過的能力和導電性。包含在石墨烯中的氮濃度優選為0.4at.％以上且40at.％以下。另外，在使用該石墨烯時，可以使鋰等的離子適當地透過，從而可以提供一種其充放電特性良好的蓄電裝置。
Graphene, storage device, and electrical equipment
One of the purposes of the present invention is to provide a graphene having the ability to conduct ion permeation by lithium and the like. In addition, one of the purposes of the present invention is to provide a storage device with good charge and discharge characteristics by using the graphene. Graphene with voids in the inner ring of carbon and nitrogen forming structures has the ability to conduct ions such as lithium and conductivity. The nitrogen concentration contained in graphene is preferably above 0.4at.% and below 40at.%. In addition, when the graphene is used, the ions such as lithium can be properly permeable, thereby providing a storage device with good charge and discharge characteristics.
【技術實現步驟摘要】
石墨烯、蓄電裝置以及電氣設備
本專利技術涉及用于鋰離子二次電池的材料等的、在鋰等的離子的透過性及導電性的方面優異的石墨烯或石墨烯的疊層體。另外，在本說明書等中，石墨烯是指具有sp2健的1原子層的碳分子片。另外，石墨烯的疊層體是指具有sp2健的1原子層的碳分子片層疊為2層以上且100層以下，優選層疊為2層以上且50層以下的疊層。
技術介紹
石墨烯具有優良的電特性諸如高導電率或高遷移率，且具有諸如柔性或機械強度的物理特性，由此正在嘗試將其應用于多種產品（參照專利文獻1至專利文獻3）。此外，還提出了將石墨烯應用于鋰離子二次電池的技術（專利文獻4）。[專利文獻1]美國專利申請公開2011/0070146號公報；[專利文獻2]美國專利申請公開2009/0110627號公報；[專利文獻3]美國專利申請公開2007/0131915號公報；[專利文獻4]美國專利申請公開2010/0081057號公報。
技術實現思路
已知石墨烯具有高導電性，但是石墨烯的透過離子的能力沒有被充分地闡明。鑒于上述問題，本專利技術的一個方式的目的之一是提供一種兼有透過鋰等的離子的能力和高導電性的石墨烯。或者，本專利技術的一個方式的目的之一是通過使用該石墨烯，提供一種其充放電特性良好的蓄電裝置。或者，本專利技術的一個方式的目的之一是通過具備該蓄電裝置，提供一種可靠性高且耐受長期或反復的使用的電氣設備。本專利技術解決上述課題中的任何一個。本專利技術的一個方式的蓄電裝置包括：設置在正極集電體上的具有正極活性物質層的正極；設置在負極集電體上的具有負極活性物質層的負極，該負極活性物質層包括負極活性物質及具有空孔的石墨烯；設置在正極與負極之間的隔離物；以及電解液。在石墨烯中，通過具有空孔，可以形成使離子穿過的路徑。在本說明書等中，空孔是指包含碳及氮，或者碳及選自16族元素諸如氧或硫等和鹵素諸如氯等中的一個或多個構成的環狀結構的內側。注意，石墨烯既可以具有一個空孔，又可以具有多個空孔。本專利技術的一個方式的蓄電裝置包括：設置在正極集電體上的具有正極活性物質層的正極；設置在負極集電體上的具有負極活性物質層的負極，該負極活性物質層包括負極活性物質及具有空孔的石墨烯；設置在正極與負極之間的隔離物；以及電解液。在石墨烯中，通過具有空孔，可以形成使離子穿過的路徑。另外，本專利技術的一個方式的蓄電裝置包括：設置在正極集電體上的具有正極活性物質層的正極，該正極活性物質層包括正極活性物質及具有空孔的石墨烯；設置在負極集電體上的具有負極活性物質層的負極；設置在正極與負極之間的隔離物；以及電解液。另外，本專利技術的一個方式的蓄電裝置包括：設置在正極集電體上的具有正極活性物質層的正極，該正極活性物質層包括正極活性物質及具有空孔的石墨烯；設置在負極集電體上的具有負極活性物質層的負極，該負極活性物質層包括負極活性物質及具有空孔的石墨烯；設置在正極與負極之間的隔離物；以及電解液。在上述結構中，石墨烯的氮濃度優選為0.4at.％以上且40at.％以下。另外，具有空孔的石墨烯也可以是疊層體。另外，本專利技術的一個方式是包括具有上述結構的蓄電裝置的電氣設備。本專利技術的一個方式的蓄電裝置在正極活性物質層和負極活性物質層中的至少一個使用具有空孔的石墨烯或石墨烯的疊層體。形成在石墨烯中的空孔成為使離子穿過的路徑，由此離子容易插入到活性物質中，或者容易從活性物質脫離。由此，可以提高蓄電裝置的充放電特性。另外，通過在正極活性物質層和負極活性物質層中的至少一個使用具有空孔的石墨烯或石墨烯的疊層體，在活性物質層表面不容易產生電解液的分解。由此，可以減薄沉積在活性物質層表面而阻礙離子的插入及脫離的表面膜。也根據上述理由，離子容易插入到活性物質中，或者容易從活性物質脫離。由此，可以提高蓄電裝置的充放電特性。根據本專利技術的一個方式，可以提供一種兼有透過鋰等的離子的能力和高導電性的石墨烯。或者，通過使用該石墨烯，可以提供一種其充放電特性良好的蓄電裝置。或者，通過具備該蓄電裝置，可以提供一種可靠性高且耐受長期或反復的使用的電氣設備。附圖說明圖1A和圖1B是石墨烯的示意圖；圖2是說明缺陷的勢能的圖；圖3是說明硬幣型二次電池的結構的圖；圖4是說明電氣設備的圖；附圖標記說明200負極集電體；202負極活性物質層；204電極；206殼體；210隔離物；220環狀絕緣體；228正極集電體；230正極活性物質層；232正極；240間隔物；242墊圈；244殼體；5000顯示裝置；5001殼體；5002顯示部；5003揚聲器部；5004蓄電裝置；5100照明裝置；5101殼體；5102光源；5103蓄電裝置；5104天花板；5105側壁；5106地板；5107窗戶；5200室內機；5201殼體；5202送風口；5203蓄電裝置；5204室外機；5300電冷藏冷凍箱；5301殼體；5302冷藏室門；5303冷凍室門；5304蓄電裝置。具體實施方式以下，對實施方式進行說明。但是，實施方式可以以多個不同方式來實施，所屬
的普通技術人員可以很容易地理解一個事實，就是其方式和詳細內容可以被變換為各種各樣的形式而不脫離本專利技術的宗旨及其范圍。因此，本專利技術不應該被解釋為僅限定在以下所示的實施方式所記載的內容中。實施方式1在本實施方式中，說明在硅粒子的表面形成具有使離子穿過的路徑的石墨烯，或者具有使離子穿過的路徑的石墨烯的疊層體的例子。首先，將石墨氧化制造氧化石墨，并且通過對其施加超聲波振動獲得氧化石墨烯。其詳細可以參照專利文獻2。此外，也可以使用市售的氧化石墨烯。接著，混合氧化石墨烯和硅粒子。氧化石墨烯的比例可以為整體的1重量％至15重量％,優選為1重量％至5重量％。并且，在氨氣氛下以150℃以上，優選以200℃以上的溫度對氧化石墨烯或氧化石墨烯的疊層體和硅粒子的混合物進行熱處理。此外，已知氧化石墨烯在150℃的溫度下被還原。像這樣，形成在硅粒子的表面的氧化石墨烯被還原，而成為石墨烯。此時，相鄰的石墨烯彼此鍵合，形成更巨大的網眼狀或片狀的網絡。同時，空孔形成在石墨烯中。另外，通過在氨氣氛下進行熱處理，氮添加到石墨烯中。石墨烯的氮濃度優選為0.4at.％以上且40at.％以下。另外，通過形成2層以上且100層以下的石墨烯，優選形成2層以上且50層以下的石墨烯，來形成石墨烯的疊層體。或者，也可以對氧化石墨烯和硅粒子的混合物在真空中或在惰性氣體（氮或稀有氣體等）氣氛下，以150℃以上，優選200℃以上的溫度下進行熱處理之后，對石墨烯或石墨烯的疊層體進行添加氮的處理。通過該方法也可以在石墨烯中形成空孔。通過進行氨等離子體處理、氮等離子體處理，也可以對石墨烯或石墨烯的疊層體添加氮。此外，也可以通過摻雜法或離子注入法，對石墨烯或石墨烯的疊層體可以添加氮離子。另外，通過添加元素取代碳原子的原子也可以使用氧原子、氯原子等的鹵素原子、硫原子代替氮原子。此時，空孔是指包含碳、16族元素諸如氧或硫等、鹵素諸如氯等中的一個或多個構成的環狀結構的內側。這里，參照圖1A至圖2對鋰離子能夠透過的石墨烯的空孔結構進行說明。圖1A和圖1B示意性地示出石墨烯的晶格結構，圖1A示出鋰離子接近于拔掉石墨烯中的一個碳原子而產生的缺陷的情況，圖1B示出如下情況：鋰離子接近在拔掉石墨烯中的相鄰的兩個碳原子并分別拔本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種石墨烯，在環狀結構的內側具有至少一個空孔，該環狀結構包含碳及氮或者碳及選自16族元素和鹵素中的一個或多個元素構成。
【技術特征摘要】
2011.06.24 JP 2011-1407431.一種石...
【專利技術屬性】
技術研發人員：廣橋拓也，小國哲平，
申請(專利權)人：株式會社半導體能源研究所，
類型：發明
國別省市：日本,JP
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