多層石墨烯及蓄電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種多層石墨締W及具有該多層石墨締的蓄電裝置和半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，石墨締被探討用于半導(dǎo)體裝置中的具有導(dǎo)電性的電子構(gòu)件。石墨締是指 石墨中的水平層，即由碳原子構(gòu)成的六元環(huán)在平面方向上連接而成的碳層，尤其兩層W上 且一百層W下的該碳層被疊層時(shí)稱為多層石墨締。
[0003] 由于石墨締具有化學(xué)穩(wěn)定性和良好的電特性，所W有望應(yīng)用于包括在半導(dǎo)體裝置 中的晶體管的溝道區(qū)、通孔、布線等。
[0004] 另外，在專利文件1中，為了提高裡離子電池的電極材料的導(dǎo)電性，將石墨締覆蓋 在活性電極材料上。
[0005] [專利文獻(xiàn)1]日本專利申請公開2011-29184號(hào)公報(bào)
[0006] 石墨締具有高導(dǎo)電性是因?yàn)橛商荚訕?gòu)成的六元環(huán)在平面方向上連接。就是說， 石墨締在平面方向上具有高導(dǎo)電性。此外，由于石墨締是薄膜狀，并在層疊的石墨締中有間 隔，因此在該區(qū)域中離子能夠移動(dòng)。然而，在垂直于石墨締的平面的方向上離子難W移動(dòng)。
[0007] 另外，蓄電裝置所包括的電極由集電體及活性物質(zhì)層構(gòu)成。在現(xiàn)有的電極中，除了 活性物質(zhì)W外活性物質(zhì)層還包括導(dǎo)電助劑、粘結(jié)劑等，它們導(dǎo)致每單位重量活性物質(zhì)層的 放電容量的下降。再者，活性物質(zhì)層所包括的粘結(jié)劑在與電解液接觸時(shí)會(huì)膨脹，結(jié)果導(dǎo)致電 極變形、容易被破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 因此，本發(fā)明的一個(gè)方式提供一種在垂直于平面的方向上離子能夠移動(dòng)的石墨 締。此外，提供一種能夠提高放電容量、電特性良好的蓄電裝置。另外，提供一種可靠性高 且耐久性高的蓄電裝置。
[0009] 本發(fā)明的一個(gè)方式是一種多層石墨締，其特征在于，該多層石墨締包括重疊為層 狀的多個(gè)石墨締，該多個(gè)石墨締包括：由碳原子構(gòu)成的六元環(huán)；由碳原子構(gòu)成的屯元環(huán)W 上的多元環(huán)；W及與構(gòu)成該六元環(huán)或屯元環(huán)W上的多元環(huán)中的碳原子鍵合的氧原子，多個(gè) 石墨締的層間距離大于0. 34皿且在0. 5皿W下，優(yōu)選為0. 38皿W上且0. 42皿W下。
[0010] 另外，本發(fā)明的一個(gè)方式是一種多層石墨締，其特征在于，該多層石墨締包括重疊 為層狀的多個(gè)石墨締，該多個(gè)石墨締包括：由碳原子構(gòu)成的六元環(huán)；W及由碳原子及氧原 子構(gòu)成的屯元環(huán)W上的多元環(huán)，多個(gè)石墨締的層間距離大于0. 34皿且在0. 5皿W下，優(yōu)選 為 0. 38nmW上且 0. 42nmW下。
[0011] 另外，本發(fā)明的一個(gè)方式是一種多層石墨締，該多層石墨締包括重疊為層狀的碳 層，該碳層包括由碳原子構(gòu)成的多個(gè)六元環(huán)W及由碳原子構(gòu)成的屯元環(huán)W上的多個(gè)多元環(huán) 在平面方向上連接，并且氧原子與構(gòu)成六元環(huán)或屯元環(huán)W上的多元環(huán)中的碳原子鍵合，碳 層的層間距離大于0. 34皿且在0. 5皿W下。
[0012] 另外，本發(fā)明的一個(gè)方式是一種多層石墨締，該多層石墨締包括重疊為層狀的碳 層，在該碳層中，由碳原子構(gòu)成的多個(gè)六元環(huán)W及由碳原子和氧原子構(gòu)成的屯元環(huán)W上的 多個(gè)多元環(huán)在平面方向上連接，碳層的層間距離大于0. 34nm且在0. 5nmW下。
[0013] 另外，氧原子可W與構(gòu)成該六元環(huán)或屯元環(huán)W上的多元環(huán)的碳原子鍵合。
[0014] 另外，石墨締是指具有雙鍵（也被稱為石墨鍵合或SP2鍵）的一個(gè)原子層的碳分子 的薄膜。另外，石墨締具有柔性。另外，石墨締的平面形狀是矩形、圓形、其他任意的形狀。
[0015] 多層石墨締具有兩層W上且一百層W下的石墨締。另外，每一個(gè)石墨締W平行于 基體的表面的方式層疊。另外，在多層石墨締中氧所占的比率為3原子％W上且10原子％ W下。
[0016] 在石墨締中，六元環(huán)的一部分的碳-碳鍵斷裂而成多元環(huán)。或者，六元環(huán)的一部分 的碳-碳鍵斷裂且六元環(huán)的一部分的碳原子與氧原子鍵合而成多元環(huán)。在石墨締中，該多 元環(huán)構(gòu)成間隔，并且在該區(qū)域中離子能夠移動(dòng)。另外，構(gòu)成一般的石墨的石墨締的層間距離 大約為0. 34皿，而在多層石墨締中，相鄰的石墨締之間的距離大于0. 34皿且在0. 5皿W下。 因此，與石墨相比，在石墨締之間離子更容易移動(dòng)。
[0017] 另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的特征在于，蓄電裝置的正極所包括的正極活性物質(zhì)層 具有正極活性物質(zhì)及至少部分包裹該正極活性物質(zhì)的多層石墨締。另外，在本發(fā)明的一個(gè) 方式中，蓄電裝置的負(fù)極所包括的負(fù)極活性物質(zhì)層具有負(fù)極活性物質(zhì)及至少部分包裹該負(fù) 極活性物質(zhì)的多層石墨締。
[0018] 多層石墨締是薄膜狀或網(wǎng)眼狀（網(wǎng)狀）。運(yùn)里，網(wǎng)眼狀包括二維形狀及Ξ維形狀的 雙方。由一個(gè)多層石墨締或多個(gè)多層石墨締至少部分包裹多個(gè)正極活性物質(zhì)或負(fù)極活性物 質(zhì)。換言之，多個(gè)正極活性物質(zhì)或負(fù)極活性物質(zhì)至少部分存在于一個(gè)多層石墨締中或在多 個(gè)多層石墨締之間。另外，有時(shí)多層石墨締是袋狀，多個(gè)正極活性物質(zhì)或負(fù)極活性物質(zhì)被包 裹在其內(nèi)部。另外，有時(shí)多層石墨締的一部分具有開口部，在該區(qū)域中露出正極活性物質(zhì)或 負(fù)極活性物質(zhì)。多層石墨締能夠使正極活性物質(zhì)或負(fù)極活性物質(zhì)分散，或者能夠防止正極 活性物質(zhì)層或負(fù)極活性物質(zhì)層受到破壞。因此，多層石墨締具有運(yùn)樣的功能：即使正極活性 物質(zhì)或負(fù)極活性物質(zhì)隨著充放電而體積增減，也能夠維持正極活性物質(zhì)之間的結(jié)合或負(fù)極 活性物質(zhì)之間的結(jié)合。
[0019] 另外，在正極活性物質(zhì)層或負(fù)極活性物質(zhì)層中，由于多個(gè)正極活性物質(zhì)或負(fù)極活 性物質(zhì)與多層石墨締接觸，所W電子能夠通過多層石墨締移動(dòng)。就是說，多層石墨締具有導(dǎo) 電助劑的功能。
[0020] 由此，通過在正極活性物質(zhì)層及負(fù)極活性物質(zhì)層中具有多層石墨締，能夠降低正 極活性物質(zhì)層及負(fù)極活性物質(zhì)層中的粘結(jié)劑及導(dǎo)電助劑的含量，因而，能夠增加正極活性 物質(zhì)層及負(fù)極活性物質(zhì)層所包含的活性物質(zhì)的含量。此外，由于能夠降低粘結(jié)劑的含量，所 W能夠提高正極活性物質(zhì)層及負(fù)極活性物質(zhì)層的耐久性。
[0021] 另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，在蓄電裝置的正極或負(fù)極中，凹凸?fàn)畹幕钚晕镔|(zhì)的 表面被多層石墨締覆蓋。由于多層石墨締具有柔性，所W能夠W均勻的厚度覆蓋凹凸?fàn)畹?表面，并能夠抑制凹凸?fàn)畹恼龢O或負(fù)極受到破壞。
[0022] 通過本發(fā)明的一個(gè)方式，能夠增加在平行于石墨締的表面的方向上及在垂直于石 墨締的表面的方向上移動(dòng)的離子的量。此外，通過將上述多層石墨締用于蓄電裝置的正極 或負(fù)極，能夠增加正極活性物質(zhì)層及負(fù)極活性物質(zhì)層中的活性物質(zhì)的含量，從而能夠提高 蓄電裝置的放電容量。另外，使用上述多層石墨締代替蓄電裝置的正極或負(fù)極所包含的粘 結(jié)劑，能夠提高蓄電裝置的可靠性及耐久性。
【附圖說明】
[0023] 圖1A至圖1C是說明多層石墨締的圖；
[0024] 圖2A至圖2D是說明負(fù)極的圖；
[00巧]圖3A至圖3C是說明正極的圖；
[0026] 圖4是說明蓄電裝置的圖；
[0027] 圖5是負(fù)極的平面沈Μ照片；
[002引圖6是負(fù)極的截面ΤΕΜ照片；
[0029] 圖7Α和圖7Β是負(fù)極的截面ΤΕΜ照片；
[0030] 圖8是說明電子設(shè)備的圖。
[00引]符號(hào)說明
[0032] 101多層石墨締
[0033] 103石墨締
[0034] 105層間距離
[0035] 107 間隙
[0036] 111六元環(huán)
[0037] 113碳原子
[0038] 115a氧原子
[0039] 115b氧原子
[0040]115c氧原子
[0041]116多元環(huán)
[0042] 201負(fù)極集流體
[0043] 203負(fù)極活性物質(zhì)層
[0044] 205 負(fù)極
[0045]211負(fù)極活性物質(zhì)
[0046]213多層石墨締
[0047] 221負(fù)極活性物質(zhì)
[0048]221a共同部
[0049] 22化凸部
[0050] 223多層石墨締
[0051] 307正極集流體
[0052] 309正極活性物質(zhì)層
[0053]311正極
[0054] 321正極活性物質(zhì)
[00巧]323多層石墨締[0056] 400裡離子二次電池
[0057] 401正極集流體
[005引 403正極活性物質(zhì)層
[0059] 405 正極
[0060] 407負(fù)極集流體
[0061] 409負(fù)極活性物質(zhì)層
[006引 411負(fù)極
[0063] 413隔離體
[0064] 415電解質(zhì)
[0065] 417外部端子
[0066] 419外部端子
[0067] 421 墊片
[0068] 511娃晶須
[0069] 513多層石墨締
[0070] 515 碳膜
[007U517 鶴膜
[0072] 523多層石墨締
[0073] 5000顯示裝置
[0074] 5001 框體 [00巧]5002顯示部
[0076] 5003揚(yáng)聲器部
[0077] 5004蓄電裝置
[0078] 5100照明裝置
[0079] 5101 框體
[0080] 5102 光源
[00引]5103蓄電裝置[008引 5104天花板
[0083] 5105 墻
[0084] 5106 地板
[0085] 5107 窗戶
[0086] 5200 室內(nèi)機(jī)
[0087] 5201 框體
[0088] 5202 送風(fēng)口
[008引 5203蓄電裝置
[0090] 5204 室外機(jī)
[0091] 5300電冷藏冷凍箱
[0092] 5301 框體
[0093] 5302 冷藏室口
[0094] 53