多层石墨烯及蓄电装置制造方法及图纸

本发明专利技术的一个方式提供一种在垂直于平面的方向上离子能够移动的石墨烯。本发明专利技术的一个方式是一种多层石墨烯，该多层石墨烯包括重叠为层状的多个石墨烯。该多个石墨烯包括：由碳原子构成的六元环；由碳原子或由碳原子及氧原子构成的七元环以上的多元环；与构成该六元环或七元环以上的多元环的碳原子键合的氧原子。多个石墨烯之间的层间距离大于0.34nm且在0.5nm以下，优选为0.38nm以上且0.42nm以下。

【技术实现步骤摘要】
多层石墨烯及蓄电装置
本专利技术涉及一种多层石墨烯以及具有该多层石墨烯的蓄电装置和半导体装置。
技术介绍
近年来，石墨烯被探讨用于半导体装置中的具有导电性的电子构件。石墨烯是指石墨中的水平层，即由碳原子构成的六元环在平面方向上连接而成的碳层，尤其两层以上且一百层以下的该碳层被叠层时称为多层石墨烯。由于石墨烯具有化学稳定性和良好的电特性，所以有望应用于包括在半导体装置中的晶体管的沟道区、通孔、布线等。另外，在专利文件1中，为了提高锂离子电池的电极材料的导电性，将石墨烯覆盖在活性电极材料上。[专利文献1]日本专利申请公开2011-29184号公报石墨烯具有高导电性是因为由碳原子构成的六元环在平面方向上连接。就是说，石墨烯在平面方向上具有高导电性。此外，由于石墨烯是薄膜状，并在层叠的石墨烯中有间隔，因此在该区域中离子能够移动。然而，在垂直于石墨烯的平面的方向上离子难以移动。另外，蓄电装置所包括的电极由集电体及活性物质层构成。在现有的电极中，除了活性物质以外活性物质层还包括导电助剂、粘结剂等，它们导致每单位重量活性物质层的放电容量的下降。再者，活性物质层所包括的粘结剂在与电解液接触时会膨胀，结果导致电极变形、容易被破坏。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个方式提供一种在垂直于平面的方向上离子能够移动的石墨烯。此外，提供一种能够提高放电容量、电特性良好的蓄电装置。另外，提供一种可靠性高且耐久性高的蓄电装置。本专利技术的一个方式是一种多层石墨烯，其特征在于，该多层石墨烯包括重叠为层状的多个石墨烯，该多个石墨烯包括：由碳原子构成的六元环；由碳原子构成的七元环以上的多元环；以及与构成该六元环或七元环以上的多元环中的碳原子键合的氧原子，多个石墨烯的层间距离大于0.34nm且在0.5nm以下，优选为0.38nm以上且0.42nm以下。另外，本专利技术的一个方式是一种多层石墨烯，其特征在于，该多层石墨烯包括重叠为层状的多个石墨烯，该多个石墨烯包括：由碳原子构成的六元环；以及由碳原子及氧原子构成的七元环以上的多元环，多个石墨烯的层间距离大于0.34nm且在0.5nm以下，优选为0.38nm以上且0.42nm以下。另外，本专利技术的一个方式是一种多层石墨烯，该多层石墨烯包括重叠为层状的碳层，该碳层包括由碳原子构成的多个六元环以及由碳原子构成的七元环以上的多个多元环在平面方向上连接，并且氧原子与构成六元环或七元环以上的多元环中的碳原子键合，碳层的层间距离大于0.34nm且在0.5nm以下。另外，本专利技术的一个方式是一种多层石墨烯，该多层石墨烯包括重叠为层状的碳层，在该碳层中，由碳原子构成的多个六元环以及由碳原子和氧原子构成的七元环以上的多个多元环在平面方向上连接，碳层的层间距离大于0.34nm且在0.5nm以下。另外，氧原子可以与构成该六元环或七元环以上的多元环的碳原子键合。另外，石墨烯是指具有双键(也被称为石墨键合或sp2键)的一个原子层的碳分子的薄膜。另外，石墨烯具有柔性。另外，石墨烯的平面形状是矩形、圆形、其他任意的形状。多层石墨烯具有两层以上且一百层以下的石墨烯。另外，每一个石墨烯以平行于基体的表面的方式层叠。另外，在多层石墨烯中氧所占的比率为3原子％以上且10原子％以下。在石墨烯中，六元环的一部分的碳-碳键断裂而成多元环。或者，六元环的一部分的碳-碳键断裂且六元环的一部分的碳原子与氧原子键合而成多元环。在石墨烯中，该多元环构成间隔，并且在该区域中离子能够移动。另外，构成一般的石墨的石墨烯的层间距离大约为0.34nm，而在多层石墨烯中，相邻的石墨烯之间的距离大于0.34nm且在0.5nm以下。因此，与石墨相比，在石墨烯之间离子更容易移动。另外，本专利技术的一个方式的特征在于，蓄电装置的正极所包括的正极活性物质层具有正极活性物质及至少部分包裹该正极活性物质的多层石墨烯。另外，在本专利技术的一个方式中，蓄电装置的负极所包括的负极活性物质层具有负极活性物质及至少部分包裹该负极活性物质的多层石墨烯。多层石墨烯是薄膜状或网眼状(网状)。这里，网眼状包括二维形状及三维形状的双方。由一个多层石墨烯或多个多层石墨烯至少部分包裹多个正极活性物质或负极活性物质。换言之，多个正极活性物质或负极活性物质至少部分存在于一个多层石墨烯中或在多个多层石墨烯之间。另外，有时多层石墨烯是袋状，多个正极活性物质或负极活性物质被包裹在其内部。另外，有时多层石墨烯的一部分具有开口部，在该区域中露出正极活性物质或负极活性物质。多层石墨烯能够使正极活性物质或负极活性物质分散，或者能够防止正极活性物质层或负极活性物质层受到破坏。因此，多层石墨烯具有这样的功能：即使正极活性物质或负极活性物质随着充放电而体积增减，也能够维持正极活性物质之间的结合或负极活性物质之间的结合。另外，在正极活性物质层或负极活性物质层中，由于多个正极活性物质或负极活性物质与多层石墨烯接触，所以电子能够通过多层石墨烯移动。就是说，多层石墨烯具有导电助剂的功能。由此，通过在正极活性物质层及负极活性物质层中具有多层石墨烯，能够降低正极活性物质层及负极活性物质层中的粘结剂及导电助剂的含量，因而，能够增加正极活性物质层及负极活性物质层所包含的活性物质的含量。此外，由于能够降低粘结剂的含量，所以能够提高正极活性物质层及负极活性物质层的耐久性。另外，在本专利技术的一个方式中，在蓄电装置的正极或负极中，凹凸状的活性物质的表面被多层石墨烯覆盖。由于多层石墨烯具有柔性，所以能够以均匀的厚度覆盖凹凸状的表面，并能够抑制凹凸状的正极或负极受到破坏。通过本专利技术的一个方式，能够增加在平行于石墨烯的表面的方向上及在垂直于石墨烯的表面的方向上移动的离子的量。此外，通过将上述多层石墨烯用于蓄电装置的正极或负极，能够增加正极活性物质层及负极活性物质层中的活性物质的含量，从而能够提高蓄电装置的放电容量。另外，使用上述多层石墨烯代替蓄电装置的正极或负极所包含的粘结剂，能够提高蓄电装置的可靠性及耐久性。附图说明图1A至图1C是说明多层石墨烯的图；图2A至图2D是说明负极的图；图3A至图3C是说明正极的图；图4是说明蓄电装置的图；图5是负极的平面SEM照片；图6是负极的截面TEM照片；图7A和图7B是负极的截面TEM照片；图8是说明电子设备的图。符号说明101多层石墨烯103石墨烯105层间距离107间隙111六元环113碳原子115a氧原子115b氧原子115c氧原子116多元环201负极集流体203负极活性物质层205负极211负极活性物质213多层石墨烯221负极活性物质221a共同部221b凸部223多层石墨烯307正极集流体309正极活性物质层311正极321正极活性物质323多层石墨烯400锂离子二次电池401正极集流体403正极活性物质层405正极407负极集流体409负极活性物质层411负极413隔离体415电解质417外部端子419外部端子421垫片511硅晶须513多层石墨烯515碳膜517钨膜523多层石墨烯5000显示装置5001框体5002显示部5003扬声器部5004蓄电装置5100照明装置5101框体5102光源5103蓄电装置5104天花板5105墙5106地板5107窗户5200室内机5201框体5202送风口5203蓄电装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性物质层，包括：活性物质，和多层石墨烯，其中，所述多层石墨烯在所述活性物质的表面重叠为层状。

【技术特征摘要】
2011.06.24 JP 2011-1410361.一种用于蓄电装置的电极的活性物质层，包括：活性物质，和多层石墨烯，所述多层石墨烯包括各自包含石墨烯的多个重叠的层，其中，所述多层石墨烯在所述活性物质的弯曲的顶表面重叠为层状的第一区域和在所述活性物质的侧面重叠为层状的第二区域，其中所述多个重叠的层之间的层间距离均为大于0.39nm且在0.5nm以下，其中，所述石墨烯各自包括：由碳原子构成的六元环；由碳原子构成的七元环以上的多元环；以及与所述六元环及所述多元环中的所述碳原子键合的一个或多个氧原子，并且所述多层石墨烯以平行于所述活性物质的弯曲的顶表面的方式叠层。2.一种用于蓄电装置的电极的活性物质层，包括：活性物质，和多层石墨烯，所述多层石墨烯包括各自包含石墨烯的多个重叠的层，其中，所述多层石墨烯包括在所述活性物质的弯曲的顶表面重叠为层状的第一区域和在所述活性物质的侧面重叠为层状的第二区域，其中所述多个重叠的层之间的层间距离均为大于0.39nm且在0.5nm以下，其中，所述石墨烯各自包括：由碳原子构成的六元环；由碳原子和氧构成的七元环以上的多元环；以及与所述六元环及所述多元环中的所述碳原子键合的一个或多个氧原子，其中所述第一区域以平行于所述弯曲的顶表面的方式叠层，以及其中所述第二区域以平行于所述侧面的方式叠层，以及其中所述第二区域的层数大于所述第一区域的层数。3.如权利要求1或2所述的活性物质层，其中所述活性物质包括锂、铝、石墨、硅、锡以及锗中的至少一种。4.一种蓄电装置，包括：正极活性物质层，负极活性物质层，以及多...

【专利技术属性】
技术研发人员：小国哲平，等等力弘笃，长多刚，
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