本发明专利技术的目的之一是提供一种兼有使锂等的离子透过的能力和导电性的石墨烯。另外，本发明专利技术的目的之一是通过使用该石墨烯提供一种其充放电特性良好的蓄电装置。在包含碳及氮形成的环状结构的内侧具有空孔的石墨烯具有使锂等的离子透过的能力和导电性。包含在石墨烯中的氮浓度优选为0.4at.％以上且40at.％以下。另外，在使用该石墨烯时，可以使锂等的离子适当地透过，从而可以提供一种其充放电特性良好的蓄电装置。
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.
【技术实现步骤摘要】
石墨烯、蓄电装置以及电气设备
本专利技术涉及用于锂离子二次电池的材料等的、在锂等的离子的透过性及导电性的方面优异的石墨烯或石墨烯的叠层体。另外，在本说明书等中，石墨烯是指具有sp2健的1原子层的碳分子片。另外，石墨烯的叠层体是指具有sp2健的1原子层的碳分子片层叠为2层以上且100层以下，优选层叠为2层以上且50层以下的叠层。
技术介绍
石墨烯具有优良的电特性诸如高导电率或高迁移率，且具有诸如柔性或机械强度的物理特性，由此正在尝试将其应用于多种产品（参照专利文献1至专利文献3）。此外，还提出了将石墨烯应用于锂离子二次电池的技术（专利文献4）。[专利文献1]美国专利申请公开2011/0070146号公报；[专利文献2]美国专利申请公开2009/0110627号公报；[专利文献3]美国专利申请公开2007/0131915号公报；[专利文献4]美国专利申请公开2010/0081057号公报。
技术实现思路
已知石墨烯具有高导电性，但是石墨烯的透过离子的能力没有被充分地阐明。鉴于上述问题，本专利技术的一个方式的目的之一是提供一种兼有透过锂等的离子的能力和高导电性的石墨烯。或者，本专利技术的一个方式的目的之一是通过使用该石墨烯，提供一种其充放电特性良好的蓄电装置。或者，本专利技术的一个方式的目的之一是通过具备该蓄电装置，提供一种可靠性高且耐受长期或反复的使用的电气设备。本专利技术解决上述课题中的任何一个。本专利技术的一个方式的蓄电装置包括：设置在正极集电体上的具有正极活性物质层的正极；设置在负极集电体上的具有负极活性物质层的负极，该负极活性物质层包括负极活性物质及具有空孔的石墨烯；设置在正极与负极之间的隔离物；以及电解液。在石墨烯中，通过具有空孔，可以形成使离子穿过的路径。在本说明书等中，空孔是指包含碳及氮，或者碳及选自16族元素诸如氧或硫等和卤素诸如氯等中的一个或多个构成的环状结构的内侧。注意，石墨烯既可以具有一个空孔，又可以具有多个空孔。本专利技术的一个方式的蓄电装置包括：设置在正极集电体上的具有正极活性物质层的正极；设置在负极集电体上的具有负极活性物质层的负极，该负极活性物质层包括负极活性物质及具有空孔的石墨烯；设置在正极与负极之间的隔离物；以及电解液。在石墨烯中，通过具有空孔，可以形成使离子穿过的路径。另外，本专利技术的一个方式的蓄电装置包括：设置在正极集电体上的具有正极活性物质层的正极，该正极活性物质层包括正极活性物质及具有空孔的石墨烯；设置在负极集电体上的具有负极活性物质层的负极；设置在正极与负极之间的隔离物；以及电解液。另外，本专利技术的一个方式的蓄电装置包括：设置在正极集电体上的具有正极活性物质层的正极，该正极活性物质层包括正极活性物质及具有空孔的石墨烯；设置在负极集电体上的具有负极活性物质层的负极，该负极活性物质层包括负极活性物质及具有空孔的石墨烯；设置在正极与负极之间的隔离物；以及电解液。在上述结构中，石墨烯的氮浓度优选为0.4at.％以上且40at.％以下。另外，具有空孔的石墨烯也可以是叠层体。另外，本专利技术的一个方式是包括具有上述结构的蓄电装置的电气设备。本专利技术的一个方式的蓄电装置在正极活性物质层和负极活性物质层中的至少一个使用具有空孔的石墨烯或石墨烯的叠层体。形成在石墨烯中的空孔成为使离子穿过的路径，由此离子容易插入到活性物质中，或者容易从活性物质脱离。由此，可以提高蓄电装置的充放电特性。另外，通过在正极活性物质层和负极活性物质层中的至少一个使用具有空孔的石墨烯或石墨烯的叠层体，在活性物质层表面不容易产生电解液的分解。由此，可以减薄沉积在活性物质层表面而阻碍离子的插入及脱离的表面膜。也根据上述理由，离子容易插入到活性物质中，或者容易从活性物质脱离。由此，可以提高蓄电装置的充放电特性。根据本专利技术的一个方式，可以提供一种兼有透过锂等的离子的能力和高导电性的石墨烯。或者，通过使用该石墨烯，可以提供一种其充放电特性良好的蓄电装置。或者，通过具备该蓄电装置，可以提供一种可靠性高且耐受长期或反复的使用的电气设备。附图说明图1A和图1B是石墨烯的示意图；图2是说明缺陷的势能的图；图3是说明硬币型二次电池的结构的图；图4是说明电气设备的图；附图标记说明200负极集电体；202负极活性物质层；204电极；206壳体；210隔离物；220环状绝缘体；228正极集电体；230正极活性物质层；232正极；240间隔物；242垫圈；244壳体；5000显示装置；5001壳体；5002显示部；5003扬声器部；5004蓄电装置；5100照明装置；5101壳体；5102光源；5103蓄电装置；5104天花板；5105侧壁；5106地板；5107窗户；5200室内机；5201壳体；5202送风口；5203蓄电装置；5204室外机；5300电冷藏冷冻箱；5301壳体；5302冷藏室门；5303冷冻室门；5304蓄电装置。具体实施方式以下，对实施方式进行说明。但是，实施方式可以以多个不同方式来实施，所属
的普通技术人员可以很容易地理解一个事实，就是其方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式而不脱离本专利技术的宗旨及其范围。因此，本专利技术不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。实施方式1在本实施方式中，说明在硅粒子的表面形成具有使离子穿过的路径的石墨烯，或者具有使离子穿过的路径的石墨烯的叠层体的例子。首先，将石墨氧化制造氧化石墨，并且通过对其施加超声波振动获得氧化石墨烯。其详细可以参照专利文献2。此外，也可以使用市售的氧化石墨烯。接着，混合氧化石墨烯和硅粒子。氧化石墨烯的比例可以为整体的1重量％至15重量％,优选为1重量％至5重量％。并且，在氨气氛下以150℃以上，优选以200℃以上的温度对氧化石墨烯或氧化石墨烯的叠层体和硅粒子的混合物进行热处理。此外，已知氧化石墨烯在150℃的温度下被还原。像这样，形成在硅粒子的表面的氧化石墨烯被还原，而成为石墨烯。此时，相邻的石墨烯彼此键合，形成更巨大的网眼状或片状的网络。同时，空孔形成在石墨烯中。另外，通过在氨气氛下进行热处理，氮添加到石墨烯中。石墨烯的氮浓度优选为0.4at.％以上且40at.％以下。另外，通过形成2层以上且100层以下的石墨烯，优选形成2层以上且50层以下的石墨烯，来形成石墨烯的叠层体。或者，也可以对氧化石墨烯和硅粒子的混合物在真空中或在惰性气体（氮或稀有气体等）气氛下，以150℃以上，优选200℃以上的温度下进行热处理之后，对石墨烯或石墨烯的叠层体进行添加氮的处理。通过该方法也可以在石墨烯中形成空孔。通过进行氨等离子体处理、氮等离子体处理，也可以对石墨烯或石墨烯的叠层体添加氮。此外，也可以通过掺杂法或离子注入法，对石墨烯或石墨烯的叠层体可以添加氮离子。另外，通过添加元素取代碳原子的原子也可以使用氧原子、氯原子等的卤素原子、硫原子代替氮原子。此时，空孔是指包含碳、16族元素诸如氧或硫等、卤素诸如氯等中的一个或多个构成的环状结构的内侧。这里，参照图1A至图2对锂离子能够透过的石墨烯的空孔结构进行说明。图1A和图1B示意性地示出石墨烯的晶格结构，图1A示出锂离子接近于拔掉石墨烯中的一个碳原子而产生的缺陷的情况，图1B示出如下情况：锂离子接近在拔掉石墨烯中的相邻的两个碳原子并分别拔本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯，在环状结构的内侧具有至少一个空孔，该环状结构包含碳及氮或者碳及选自16族元素和卤素中的一个或多个元素构成。
【技术特征摘要】
2011.06.24 JP 2011-1407431.一种石...
【专利技术属性】
技术研发人员：广桥拓也，小国哲平，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本,JP
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。