[发明专利]多层石墨烯及蓄电装置

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

因此，本发明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。

本发明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，本发明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，本发明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，本发明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，本发明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，在本发明的一个方式中，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。