[发明专利]石墨烯及蓄电装置、及它们的制造方法

说明书

本发明涉及石墨烯及蓄电装置、及它们的制造方法。石墨烯的形成方法包括如下步骤：在第一导电层上形成含有氧化石墨烯的层；在其中浸渍了作为工作电极的第一导电层及作为对电极的第二导电层的电解液中，对第一导电层提供使氧化石墨烯在此发生还原反应的电位。包括至少正电极、负电极、电解液、及隔离体的蓄电装置的制造方法，包括形成通过上述形成方法形成的正电极和负电极中的一个或两个的活性材料层的石墨烯的步骤。

本申请是申请日为2012年9月20日、申请号为“201280047563.5”、发明名称为“石墨烯及蓄电装置、及它们的制造方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及石墨烯、含有石墨烯的电极的形成方法、以及包含该电极的蓄电装置的制造方法。本发明还涉及由该形成方法形成的石墨烯及电极、以及由该制造方法制造的蓄电装置。注意，在本说明书中，蓄电装置是指具有蓄电功能的所有元件及/或装置，诸如锂一次电池、锂二次电池、或锂离子电容器等。

背景技术

近年来，由于石墨烯的高导电性的优良电特性以及诸如足够柔软性和高机械强度之类的等优良物理特性，做出将石墨烯应用于各种各样的制品的尝试。

将石墨烯应用于诸如锂二次电池及锂离子电容器之类的蓄电装置是其中一种尝试。例如，可在电极材料上涂覆石墨烯以提高锂二次电池的电极材料的导电性。

作为形成石墨烯的方法，可给出在存在碱时使氧化石墨或氧化石墨烯还原的方法。为了使用形成石墨烯的方法来形成氧化石墨，可采用：使用硫酸、硝酸、及氯酸钾作为氧化剂的方法、使用硫酸及过锰酸钾作为氧化剂的方法、以及使用氯酸钾及发烟硝酸作为氧化剂的方法等(参照专利文献1)。

作为使用硫酸及过锰酸钾为氧化剂形成氧化石墨的方法有改良Hummers法。此处，参照图14来描述由改良Hummers法形成石墨烯的方法。

在溶剂中，使用诸如过锰酸钾之类的氧化剂使石墨氧化；因此，形成含有氧化石墨的混合溶液1。此后，为了去除混合溶液1中的残留氧化剂，向混合溶液1添加过氧化氢及水来形成混合溶液2(步骤S101)。此处，通过过氧化氢使未反应的过锰酸钾还原，且然后还原的过锰酸钾与硫酸发生反应，由此形成硫酸锰。接着，从混合溶液2中回收氧化石墨(步骤S102)。接着，为了去除残留或附着在氧化石墨上的氧化剂，使用酸性溶液清洗该回收的氧化石墨，且然后，使用水清洗氧化石墨(步骤S103)。注意，反复执行清洗步骤步骤S103。此后，用大量水稀释氧化石墨并进行离心分离，来回收酸已从氧化石墨中分离的氧化石墨(步骤S104)。接着，对包含回收的氧化石墨的混合溶液施加超声波，使氧化石墨中的被氧化的碳层分离，以形成氧化石墨烯(步骤S105)。接着，还原氧化石墨烯，由此可形成石墨烯(步骤S106)。

对于通过还原氧化石墨烯来形成石墨烯的方法，可采用热处理。

[参考文献]

[专利文献1]日本专利申请公开第2011-500488号公报

发明内容

在一些情况下，通过还原氧化石墨烯形成的石墨烯的导电性取决于石墨烯中的键合状态。

鉴于上述，本发明的一个实施例的目的是提供由氧化石墨烯形成且具有高导电性的石墨烯、及该石墨烯的形成方法。

蓄电装置所包含的电极包括集电器及活性材料层。在常规电极中，除了活性材料外，活性材料层还包含导电添加剂、粘合剂、和/或其他等。为此理由，难以有效地仅增大电极中活性材料的重量，且因此难以增大每单位电极重量或每单位电极体积中的充电和放电容量。进一步，常规电极还有问题在于：当包含于活性材料层的粘合剂与电解液接触时发生膨胀，而使电极容易变形和损坏。

鉴于上述问题，本发明的一个实施例的目的是提供具有每单位电极重量或每单位电极体积较高充电和放电容量、高可靠性、及高耐久性等的蓄电装置，以及及提供该蓄电装置的制造方法。