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公開番号2025019102
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2024201501,2023075790
出願日2024-11-19,2012-06-20
発明の名称負極
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類C01B 32/182 20170101AFI20250130BHJP(無機化学)
要約【課題】電気機器に用いることのできる、リチウムイオンを透過するグラフェンを提供す
る。
【解決手段】グラフェン中に、環員数が9以上の炭素環を設ける。環員数が9以上の炭素
環は、リチウムイオンに対する最大ポテンシャルがほぼ0電子ボルトであるため、リチウ
ムイオンが透過する間隙として機能させることができる。このようなグラフェンを電極や
活物質表面に被覆すると、リチウムイオンの移動を妨げずに、電極や活物質と電解液との
反応を抑制できる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
間隙を有するグラフェンであって、
前記間隙は、環員数が９以上の炭素環であり、
前記間隙が１つ含まれる前記グラフェンの面積Ｓが、
数式１と数式２を充足し、かつ前記間隙の面積ａが０．１４９ｎｍ
２
以上であるグラフェン。
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2025019102000012.jpg
13
51
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23
52
（数式中、Ｄはリチウムイオンの拡散係数を示し、ｔ１は前記グラフェン上のイオンが前記間隙に到達するまでの時間を示し、ｋは間隙の無いグラフェンの機械的強度に対する前記間隙を有するグラフェンの機械的強度の比率を示す。）

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池用の材料等に適用できる、リチウムの透過性および導
電性に優れたグラフェンあるいは複数層のグラフェンに関する。グラフェンとは、ｓｐ
２
結合を有する１原子層の炭素分子のシートである。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
グラフェンは、高い導電率や移動度という優れた電気特性、柔軟性や機械的強度という物
理的特性のためにさまざまな製品に応用することが試みられている（特許文献１乃至特許
文献３参照）。また、グラフェンをリチウムイオン二次電池に応用する技術も提案されて
いる（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許公開第２０１１／００７０１４６号公報
米国特許公開第２００９／０１１０６２７号公報
米国特許公開第２００７／０１３１９１５号公報
米国特許公開第２０１０／００８１０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
グラフェンは高い導電率を持つことが知られている。グラフェンは、そのままではイオン
を透過させることができないが、グラフェンの一部に間隙を設けることでイオンを透過さ
せる能力を付与することが可能となる。
【０００５】
グラフェンに設ける間隙が大きく、また、単位面積当たりの間隙の数が多いほど効率良く
イオンを透過させることが可能となるが、グラフェンの機械的強度が低下してしまう。本
発明の一態様は、この問題を解決するためになされたもので、グラフェンに設ける間隙の
大きさ及び数と、グラフェンの機械的強度を最適な状態とすることを目的の一とする。
【０００６】
そのほかに、本発明の一態様は、充放電特性の優れた蓄電装置を提供することを目的の一
とする。あるいは、単位重量あたりの蓄電容量を増加させることを目的の一とする。ある
いは、サイクル特性を向上させることを目的の一とする。あるいは、長期あるいは繰り返
しの使用にも耐える、信頼性の高い電気機器を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、グラフェン中に、環員数が９以上の炭素環を設けることを特徴とする
。環員数が９の炭素環はリチウムイオンに対する最大ポテンシャルエネルギーがほぼ０電
子ボルトであるため、環員数が９以上の炭素環をグラフェン中設けることで、リチウムイ
オンが透過する間隙として機能させることができる。
【０００８】
本発明の一態様は、グラフェン中に、０．１４９ｎｍ
２
以上の間隙を設けることを特徴と
する。グラフェン中に設ける間隙の面積を０．１４９ｎｍ
２
以上とすることで、リチウム
イオンを容易に透過させることができる。
【０００９】
このようなグラフェンを電極や活物質表面に被覆すると、リチウムイオンの移動を妨げず
に、電極や活物質と電解液との反応を抑制できる。
【００１０】
また、本発明の一態様は、上記のグラフェンを有する電気機器である。また、本発明の一
態様は、上記のグラフェンで表面を被覆された電極や活物質である。本発明の一態様は、
上記の課題のいずれか一を解決する。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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