[发明专利]石墨烯锂离子电容器

权利要求书

1.一种石墨烯锂离子电容器，其包括：

部分或全部由石墨烯材料形成的阳极和阴极；

锂牺牲电极，其与所述阴极电连接以向所述阴极提供预掺杂的锂离子；

位于所述阳极和所述阴极之间的分离膜；和

以离解为离子的状态与所述阳极和所述阴极结合的电解质，以在所述阳极和所述阴极之间流过电流，

其中，所述阴极由多层结构形成以将由所述锂牺牲电极提供的锂离子吸附至其表面，并容纳插入在石墨烯层之间的锂离子，并且所述表面和所述多层结构的至少一部分通过与所述锂离子反应而由锂碳化物形成。

2.如权利要求1所述的石墨烯锂离子电容器，其中，所述阴极通过层叠2～500层的所述石墨烯层形成，以形成所述多层结构。

3.如权利要求1所述的石墨烯锂离子电容器，其中，所述阴极由其中所述石墨烯材料与异质材料混合的复合材料形成，并且

所述异质材料是选自由以下材料组成的组中的至少一种：

a)与锂离子反应形成锂金属合金的金属材料；

b)与锂离子反应形成锂金属氧化物的金属氧化物；

c)与锂离子反应形成锂硫化物的硫化物；和

d)与锂离子反应形成锂氮化物的氮化物。

4.如权利要求1所述的石墨烯锂离子电容器，其中，所述锂牺牲电极与所述阴极的所述石墨烯材料电连接以形成原电池，并且通过电化学反应离解为锂离子，以向所述阴极提供预掺杂的锂离子。

5.如权利要求1所述的石墨烯锂离子电容器，其中，所述锂牺牲电极与所述阴极的所述石墨烯材料电连接，并且通过外部施加的电压和电流而离解为锂离子，以向所述阴极提供预掺杂的锂离子。

6.如权利要求1所述的石墨烯锂离子电容器，其中，所述锂牺牲电极通过相比于所述电容器的其他区域在所述锂牺牲电极局部形成的高温环境而离解为锂离子，以向所述阴极提供预掺杂的锂离子。

7.如权利要求1所述的石墨烯锂离子电容器，其中，所述锂牺牲电极借助注入所述电容器的增溶剂而离解为锂离子，以向所述阴极提供预掺杂的锂离子，

其中，所述增溶剂由向锂离子提供电子的有机分子构成。

8.如权利要求7所述的石墨烯锂离子电容器，其中，所述增溶剂是选自由以下化合物组成的组中的单分子化合物或其组合：

a)包含C、N、O、Si、P或S异质元素的5元或6元单环化合物；

b)环中的至少两个环彼此连接的多环化合物；和

c)环中的至少两个环共用至少一个元素的多环化合物。

9.如权利要求1所述的石墨烯锂离子电容器，其中，所述阳极由比表面积为100m²/g以上的石墨烯材料形成。

10.如权利要求1所述的石墨烯锂离子电容器，其中，所述阳极的至少一部分以起皱或折皱的形式形成，以防止比表面积由于所述石墨烯层的再层叠而降低。

11.如权利要求1所述的石墨烯锂离子电容器，其中，所述阳极包括在所述石墨烯层之间插入的间隔物以防止比表面积由于所述石墨烯层的再层叠而降低，并且

所述间隔物由碳材料形成，以保持所述阳极的导电性同时防止所述石墨烯层再层叠。

12.如权利要求11所述的石墨烯锂离子电容器，其中，所述间隔物是选自由碳纳米管、碳纳米纤维和炭黑组成的组中的至少一种。

13.如权利要求1所述的石墨烯锂离子电容器，其中，所述阳极经暴露于氧、二氧化碳或蒸汽的过程形成，以进一步包含增大所述石墨烯的比表面积的孔。

14.如权利要求1所述的石墨烯锂离子电容器，其中，所述阳极经与酸、碱和金属盐的任一种进行化学反应形成，以进一步包含增大石墨烯的比表面积的孔，并且

所述酸、碱和金属盐包括H₃PO₄、KOH、NaOH、K₂CO₃、Na₂CO₃、ZnCl₂、AlCl₃和MgCl₂。