CN103748035B - 形成石墨烯及氧化石墨烯盐的方法、以及氧化石墨烯盐 - Google Patents

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Abstract

通过在溶液中将石墨和包含碱金属盐的氧化剂混合，来形成第一沉淀物。接着，使用酸性溶液使第一沉淀物所包含的氧化剂电离，并从第一沉淀物去除氧化剂，来形成第二沉淀物。然后，通过以下制备分散有氧化石墨烯的分散液：将第二沉淀物和水混合形成混合液，然后对混合液施加超声波或机械搅拌混合液，使氧化石墨烯从氧化石墨分离，所述氧化石墨为第二沉淀物中包含的并且被氧化的石墨。接着，将分散液、碱性溶液及有机溶剂混合，并使分散液所包含的氧化石墨烯与碱性溶液所包含的碱彼此反应，由此形成氧化石墨烯盐。

Description

形成石墨烯及氧化石墨烯盐的方法、以及氧化石墨烯盐
技术领域
本发明涉及一种形成石墨烯的方法和一种形成氧化石墨烯盐的方法、氧化石墨烯盐、以及包含石墨烯和氧化石墨烯的蓄电装置及半导体装置。
背景技术
近年来，对将石墨烯用作半导体装置中的导电电子材料进行研究。石墨烯是各自由碳原子构成的六元环在平面方向上连接的碳层，2层或更多且100层或更少的碳层的叠层被称为多层石墨烯。
由于石墨烯具有化学稳定性和有利的电特性，所以被期待应用于包含在半导体装置中的晶体管的沟道区、通孔、布线等。
为了使用于锂离子电池的电极的材料可具有高导电性，由石墨烯覆盖活性电极材料。
形成石墨烯的方法为在碱存在下将氧化石墨或氧化石墨烯还原。为了形成氧化石墨，可以采用如下方法：将硫酸、硝酸及氯酸钾用作氧化剂的方法；将硫酸及高锰酸钾用作氧化剂的方法；以及将氯酸钾及发烟硝酸用作氧化剂的方法（参照专利文献1）。
[参考文献]
[专利文献1]日本专利申请公开第2011-500488号。
发明公开内容
作为通过使用由采用石墨和作为氧化剂的硫酸及高锰酸钾获得的氧化石墨来形成石墨烯的方法，有ModifiedHummers法。参照图3对利用ModifiedHummers法形成石墨烯的方法进行说明。
如步骤S101所示，使用氧化剂将石墨氧化，来形成包含氧化石墨的混合液1。然后，为了去除残留的氧化剂，对混合液1添加过氧化氢及水，来形成混合液2。未反应的高锰酸钾被过氧化氢还原，然后被还原的高锰酸钾与硫酸起反应，而能够形成硫酸锰。接着，如步骤S102所示，从混合液2收集氧化石墨。接着，如步骤S103所示，为了去除残留的氧化剂，使用酸性溶液对氧化石墨进行洗涤。然后，用大量的水稀释氧化石墨并对其进行离心分离，接着，如步骤S104所示，收集与酸分离的氧化石墨。接着，如步骤S105所示，对包含收集的氧化石墨的混合液施加超声波，然后分离氧化石墨中的氧化了的碳层，使得形成氧化石墨烯。然后，如步骤S106所示，在惰性气氛下进行还原处理用于还原键合于碳层的氧，来获得石墨烯。
虽然步骤S103中的洗涤氧化石墨烯的步骤需要大量的水，但是通过重复进行步骤S103，能够从氧化石墨去除酸。然而，当其酸含量降低时，难以将作为沉淀物的氧化石墨与包含在上清液中的酸分离；因此，氧化石墨的收率有可能低。这导致石墨烯的低收率。
蓄电装置所包括的电极包含集电体及活性物质层。在常规电极的情况下，活性物质层除了活性物质以外还包含导电助剂、粘合剂等，该导电助剂、粘合剂等是活性物质层的每单位重量的放电容量下降的原因。再者，活性物质层所包含的粘合剂在与电解液接触时会溶胀，使电极容易变形及破坏。
鉴于上述问题，本发明的一个实施方案的目的是高生产率地形成石墨烯及作为石墨烯原料的氧化石墨烯盐。本发明的一个实施方案的另一目的是高生产率地提供作为能够形成石墨烯的原料的氧化石墨烯盐。本发明的一个实施方案的另一目的是提供具有更高的放电容量和有利的电特性的蓄电装置。本发明的一个实施方案的另一目的是提供具有高可靠性和高耐久性的蓄电装置。
本发明的一个实施方案的氧化石墨烯盐由通式（G1）表示。
[化学式1]
C n－A－B　　　（G1）
（在式中，n为自然数，A表示羰基、羧基和羟基中的一个，B表示铵基、氨基或碱金属。）
就是说，本发明的一个实施方案的氧化石墨烯盐包括以下作为骨架结构：在上述通式中以Cn表示的石墨烯；在上述通式中以A表示的键合于石墨烯中的碳原子的羰基、羧基或羟基；在上述通式中以B表示的与羰基、羧基和羟基中的一个键合的铵基、氨基或碱金属。
石墨烯包含在平面方向上连接的各自由碳原子构成的六元环，以及在六元环的部分中的碳键断开时各自形成的多元环，诸如七元环、八元环、九元环及十元环等。以该多元环中的碳原子围绕的区域成为隙孔。
当在还原气氛或真空下加热氧化石墨烯盐时，该氧化石墨烯盐被还原而成为石墨烯。因此，通过在还原气氛或真空下进行焙烧，能够使氧化石墨烯盐还原而生成石墨烯。
本发明的一个实施方案是通过如下步骤形成氧化石墨烯盐的方法。首先，通过在溶液中将石墨和包含碱金属盐的氧化剂混合，来形成第一沉淀物。接下来，使用酸性溶液使包含于第一沉淀物的包含碱金属盐的氧化剂电离，并从第一沉淀物去除包含碱金属盐的氧化剂，来形成第二沉淀物。然后，通过以下制备分散有氧化石墨烯的分散液：将第二沉淀物和水混合形成混合液，然后对该混合液施加超声波或机械搅拌该混合液，来使氧化石墨烯从氧化石墨分离，所述氧化石墨为第二沉淀物中包含的并且被氧化的石墨。接下来，将分散液、碱性溶液及有机溶剂混合，并使分散液所包含的氧化石墨烯与碱性溶液所包含的碱相互起反应，由此形成氧化石墨烯盐。
本发明的另一实施方案是通过如下步骤形成氧化石墨烯盐的方法。首先，通过在溶液中将石墨和氧化剂混合，来制备包含具有氧化石墨及氧化剂的第一沉淀物的第一混合液。接下来，从第一混合液收集第一沉淀物，然后使用酸性溶液从第一沉淀物去除氧化剂，来形成包含氧化石墨的第二沉淀物。然后，将第二沉淀物和水混合，然后对混合液施加超声波或机械搅拌混合液，来使氧化石墨烯从氧化石墨分离，由此制备分散有氧化石墨烯的第二混合液。接下来，将碱性溶液及有机溶剂与第二混合液混合，并使第二混合液所包含的氧化石墨烯和碱相互起反应来使氧化石墨烯盐沉淀，由此收集氧化石墨烯盐。
本发明的另一实施方案是通过如下步骤形成氧化石墨烯盐的方法。首先，通过在溶液中将石墨和包含碱金属盐的氧化剂混合，来形成第一沉淀物，并且，使用酸性溶液使包含于第一沉淀物的包含碱金属盐的氧化剂电离，并从第一沉淀物去除包含碱金属盐的氧化剂，来形成第二沉淀物。接下来，通过以下形成包含氧化石墨盐的第三沉淀物：将第二沉淀物和水混合，然后混合碱性溶液和有机溶剂，使氧化石墨与碱性溶液起反应，所述氧化石墨为第二沉淀物所包含的被氧化的石墨。然后，将第三沉淀物和水混合，并使氧化石墨烯盐从第三沉淀物所包含的氧化石墨盐分离，由此形成氧化石墨烯。
本发明的另一实施方案是通过如下步骤形成氧化石墨烯盐的方法。首先，通过在溶液中将石墨和氧化剂混合，来制备包含具有氧化石墨及氧化剂的第一沉淀物的第一混合液。接下来，从第一混合液收集第一沉淀物，然后使用酸性溶液从第一沉淀物去除氧化剂，来形成包含氧化石墨的第二沉淀物。然后，将第二沉淀物和水混合，然后混合碱性溶液及有机溶剂，使第二沉淀物所包含的氧化石墨和碱性溶液起反应，由此形成包含氧化石墨盐的第三沉淀物。接下来，将第三沉淀物和水混合，然后对混合液施加超声波或机械搅拌混合液，来使氧化石墨烯盐从第三沉淀物所包含的氧化石墨盐分离，由此制备分散有氧化石墨烯盐的第二混合液，并且，收集第二混合液所包含的氧化石墨烯盐。
本发明的另一实施方案是形成石墨烯的方法，其中通过将上述方法获得的氧化石墨烯盐还原形成石墨烯。
注意，所述氧化剂是硝酸及氯酸钾；硫酸及高锰酸钾；或者硝酸、硫酸及氯酸钾。
此外，所述酸性溶液剂是盐酸、稀硫酸或硝酸。
此外，所述碱性溶液是氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、氨水溶液、甲胺溶液、乙醇胺溶液、二甲胺溶液或三甲胺溶液。
当将包含去除了氧化剂的氧化石墨或氧化石墨烯的混合液和碱性溶液混合，然后与有机溶剂混合时，能够高效地使氧化石墨盐或氧化石墨烯盐沉淀。再者，对包含氧化石墨盐的混合液施加超声波或机械搅拌混合液，来使氧化石墨烯盐从氧化石墨盐分离。对由上述方法获得的氧化石墨烯盐进行还原处理，从而可以形成石墨烯。
通过本发明的一个实施方案能够高生产率地形成石墨烯及作为石墨烯原料的氧化石墨烯盐。另外，能够提供作为石墨烯原料的氧化石墨烯盐。将该氧化石墨烯盐用于蓄电装置的正极或负极，能够提高该蓄电装置的放电容量。而且，将该石墨烯用于正极或负极而代替粘合剂，能够提高该蓄电装置的可靠性及耐久性。
附图简述
图1是示出根据本发明的一个实施方案形成氧化石墨烯盐及石墨烯的方法的流程图；
图2是示出根据本发明的一个实施方案形成氧化石墨烯盐及石墨烯的方法的流程图；
图3是示出形成石墨烯的常规方法的流程图；
图4A至4D示出根据本发明的一个实施方案的负极；
图5A至5C示出根据本发明的一个实施方案的正极；
图6示出根据本发明的一个实施方案的蓄电装置；
图7示出电子设备；
图8是示出电池1及对比电池1的放电特性及充电特性的图表；
图9是示出13C-NMR谱的图表；
图10是示出红外吸收光谱的图表。
实施本发明的最佳方式
下面，参照附图对本发明的实施方案及实施例进行说明。注意，实施方案及实施例可通过许多不同的模式来实施，并且本领域的技术人员易于理解，可进行各种变化和修改，而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明不应该被解释为限于以下实施方案及实施例中的描述。
实施方案1
在本实施方案中，对根据本发明的实施方案之一的氧化石墨烯盐进行说明。
本实施方案所描述的氧化石墨烯盐由通式（G1）表示。
[化学式2]
C n－A－B　　　（G1）
（在式中，n为自然数，A表示羰基、羧基和羟基中的一个，B表示铵基、氨基或碱金属。）
就是说，本实施方案所描述的氧化石墨烯盐包括以下作为骨架结构：在上述通式中以Cn表示的石墨烯；在上述通式中以A表示的键合于石墨烯中的碳原子的羰基、羧基或羟基；在上述通式中以B表示的键合于羰基、羧基和羟基中的一个的铵基、氨基或碱金属。
石墨烯包含在平面方向上连接的各自由碳原子构成的六元环，以及在六元环的部分的碳键断开时各自形成的多元环，诸如七元环、八元环、九元环及十元环等。以该多元环中的碳原子围绕的区域成为隙孔。
在此，下面示出作为通式（G1）具体实例的通式（G2）至（G9）。注意，该具体实例不局限于以下通式（G2）至（G9）。
[化学式3]
当在还原气氛或真空下加热氧化石墨烯盐时，该氧化石墨烯盐被还原成为石墨烯。因此，通过将正极活性物质或负极活性物质和氧化石墨烯盐混合，并在还原气氛或真空下进行焙烧，能够形成正极活性物质层或负极活性物质层且将氧化石墨烯盐还原成石墨烯。
实施方案2
在本实施方案中，参照图1对形成实施方案1所述的氧化石墨烯盐及石墨烯或多层石墨烯的方法进行描述。
图1是示出形成氧化石墨烯盐及石墨烯或多层石墨烯的工序的流程图。
〈石墨的氧化处理〉
如步骤S111所示，使用氧化剂将石墨氧化，来形成氧化石墨。
以下作为氧化剂使用：硫酸、硝酸及氯酸钾；硫酸及高锰酸钾；或者氯酸钾及发烟硝酸。在此，通过将石墨和硫酸及高锰酸钾混合，来将石墨氧化。再者，通过添加水来形成包含氧化石墨的混合液1。
然后，为了去除残留的氧化剂，可以对混合液1添加过氧化氢及水。未反应的高锰酸钾被过氧化氢还原，然后被还原的高锰酸钾与硫酸起反应，从而能够形成硫酸锰。因为硫酸锰溶于水，所以可以使硫酸锰与不溶于水的氧化石墨分离。
〈氧化石墨的收集〉
接着，如步骤S112所示，从混合液1收集氧化石墨。对混合液1进行过滤、离心分离、透析等当中的至少一个，从混合液1收集包含氧化石墨的沉淀物1。注意，沉淀物1包含未反应的石墨。
〈氧化石墨的洗涤〉
接着，如步骤S113所示，使用酸性溶液从包含氧化石墨的沉淀物1去除金属离子及硫酸根离子。在此，使包含氧化石墨的沉淀物1所包含的来源于氧化剂的金属离子溶解于酸性溶液，从而能够从氧化石墨去除金属离子及硫酸根离子。
氧化石墨在酸性溶液中包含例如羰基、羧基、羟基等的官能团，因为氧键合于石墨中的有些碳原子。因此，氧化石墨可以分离成沉淀物，而不溶解于酸性溶液。另一方面，在中性溶液或碱性溶液中，氧化石墨所包含的例如羰基、羧基、羟基等的官能团容易电离成羰基离子、羧基离子、羟基离子等，且容易溶解于中性溶液或碱性溶液。如果使用中性溶液或碱性溶液，其后获得的石墨烯的收率可能下降，因此用酸性溶液洗涤氧化石墨。
作为酸性溶液的典型实例，可以举出盐酸、稀硫酸或硝酸。注意，优选使用挥发性高的酸（典型的是盐酸）洗涤氧化石墨，因为在后面的干燥步骤中容易去除残留的酸性溶液。
作为从沉淀物1去除金属离子及硫酸根离子的方法，一种方法为：将沉淀物1和酸性溶液混合，然后对混合液进行过滤、离心分离、透析等当中的至少一个；一种方法为：将沉淀物1提供在滤纸上，然后将酸性溶液倒在沉淀物1上；等等。在此，将沉淀物1提供在滤纸上，使用酸性溶液从沉淀物1通过洗涤去除金属离子及硫酸根离子，收集包含氧化石墨的沉淀物2。注意，沉淀物2包含未反应的石墨。
〈氧化石墨烯的形成〉
接着，如步骤S114所示，将沉淀物2和水混合制备分散有沉淀物2的混合液2。接着，使形成在混合液2所包含的氧化石墨中的含氧碳层分离，并使氧化石墨烯分散。使氧化石墨烯从氧化石墨分离的方法的实例为超声波的施加、机械搅拌等。注意到，分散有氧化石墨烯的混合液将作为混合液3。
通过该过程形成的氧化石墨烯包含在平面方向上连接的各自由碳原子构成的六元环，以及在六元环的部分的碳键断开时各自形成的多元环，诸如七元环、八元环、九元环及十元环。以该多元环中的碳原子围绕的区域成为隙孔。另外，羰基、羧基或羟基键合于六元环和多元环中的碳原子。注意，可以使多层氧化石墨烯分散而代替分散的氧化石墨烯。多层氧化石墨烯由2层或更多且100层或更少的碳层（氧化石墨烯）构成，在每一个碳层中羰基、羧基或羟基键合于六元环和多元环中的碳原子中的一个。
〈氧化石墨烯的收集〉
接着，如步骤S115所示，对混合液3进行过滤、离心分离、透析等其中的至少一个，从而使包含氧化石墨烯的混合液和包含石墨的沉淀物3相互分离，并收集包含氧化石墨烯的混合液。注意到，包含氧化石墨烯的混合液将作为混合液4。在具有极性的混合液例如水中，不同的氧化石墨烯不容易聚集并因此分散，因为羰基、羧基或羟基所包含的氧带负电。
〈氧化石墨烯盐的形成〉
接着，如步骤S116所示，将混合液4和碱性溶液混合形成氧化石墨烯盐。然后，对氧化石墨烯盐添加有机溶剂，制备其中氧化石墨烯盐沉淀为沉淀物4的混合液5。
作为碱性溶液的典型实例，优选使用的混合液包含与氧化石墨烯起反应中和而不使键合于氧化石墨烯的碳原子的氧还原的碱，诸如氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、氨水溶液、甲胺溶液、乙醇胺溶液、二甲胺溶液或三甲胺溶液。
由于有机溶剂用于使氧化石墨烯盐沉淀，因此丙酮、甲醇或乙醇等一般用作有机溶剂。
〈氧化石墨烯盐的收集〉
接着，如步骤S117所示，对混合液5进行过滤、离心分离、透析等当中的至少一个，从而使溶剂和包含氧化石墨烯盐的沉淀物4相互分离，并收集包含氧化石墨烯盐的沉淀物4。
接着，使沉淀物4干燥，获得氧化石墨烯盐。
在氧化石墨烯盐中，铵基、氨基、碱金属等键合于羰基、羧基或羟基，所述羰基、羧基或羟基与由碳原子各自构成的六元环或多元环键合。注意，可以层叠2层或更多且100层或更少的氧化石墨烯盐。将这种层叠的氧化石墨烯盐称为多层氧化石墨烯盐。
〈石墨烯的形成〉
注意到，在步骤S116之后，如步骤S118所示，在将包含氧化石墨烯盐的混合液5设置在基体上，然后对氧化石墨烯盐进行还原处理，由此可以形成石墨烯。注意，有时可形成多层石墨烯而不是石墨烯。
作为在基体上设置包含氧化石墨烯盐的混合液的方法，可以采用涂敷法、旋涂法、浸渍法、喷雾法或电泳法等。或者，可以适当地组合这些方法以使用。例如，通过在利用浸渍法将包含氧化石墨烯盐的混合液涂在基体上之后，如旋涂法那样使基体回转，使得提高包含氧化石墨烯盐的混合液的厚度均匀性。
在还原处理中，在真空、惰性气体（氮、稀有气体等）气氛或空气等之中，高于或等于150℃，优选高于或等于200℃进行加热。通过以更高的温度及更长的时间进行加热，更容易使氧化石墨烯还原到更高程度，使得可获得具有高纯度（即，碳以外的元素的浓度低）的石墨烯。注意，有时可形成多层石墨烯而不是石墨烯。
由于根据ModifiedHummers法使用硫酸对石墨进行处理，因此砜基等也键合于氧化石墨，并且，其分解（释放）在300℃左右开始。因此，优选在300℃或更高将氧化石墨烯盐还原。
经过上述还原处理，邻接的石墨烯相互键合而成为巨大的网状或片状形状。此外，经过上述还原处理，由于氧释放，因此在石墨烯中形成隙孔，所述隙孔为被多元环中的碳原子围绕的区域。再者，石墨烯以平行于基体表面的方式相互重叠。由此，形成多层石墨烯。
注意，氧残留在通过上述形成方法得到的石墨烯或多层石墨烯中。氧的比率越低，石墨烯或多层石墨烯的导电率可以越高。氧的比率越高，形成在石墨烯或多层石墨烯中的用作离子路径的隙孔越多。
通过上述工序，能够高生产率地形成作为石墨烯原料的氧化石墨烯盐。另外，能够高生产率地形成石墨烯或多层石墨烯。
实施方案3
在本实施方案中，参照图2描述通过与实施方案2不同的方法形成实施方案1所述的氧化石墨烯盐及石墨烯或多层石墨烯的方法。在本实施方案中，在形成氧化石墨盐之后，使氧化石墨盐中的碳层分离出来形成氧化石墨烯盐。
图2是示出形成氧化石墨烯盐及石墨烯或多层石墨烯的工序的流程图。
〈石墨的氧化处理〉
如步骤S121所示，使用氧化剂将石墨氧化，来形成氧化石墨。再者，通过添加水，来形成包含氧化石墨的混合液11。注意，步骤S121可以与实施方案2所述的步骤S111类似地进行。
〈氧化石墨的收集〉
接着，如步骤S122所示，从混合液11收集氧化石墨。通过对混合液11进行过滤、离心分离、透析等当中的至少一个，从混合液11收集包含氧化石墨的沉淀物11。注意，沉淀物11包含未反应的石墨。注意到，步骤S122可以与实施方案2所述的步骤S112类似地进行。
〈氧化石墨的洗涤〉
接着，如步骤S123所示，使用酸性溶液从包含氧化石墨的沉淀物11去除金属离子及硫酸根离子。此时，去除了金属离子及硫酸根离子的沉淀物将作为沉淀物12。注意，沉淀物12包含未反应的石墨。
〈氧化石墨盐的形成〉
接着，如步骤S124所示，在将沉淀物12和水混合之后，将碱性溶液和混合物混合而形成氧化石墨盐。然后，对氧化石墨盐添加有机溶剂，并制备其中氧化石墨盐沉淀为沉淀物13的的混合液12。碱性溶液及有机溶剂可以选择实施方案2的步骤S116所描述的碱性溶液及有机溶剂。
〈氧化石墨盐的收集〉
接着，如步骤S125所示，对混合液12进行过滤、离心分离、透析等中的至少一个，使有机溶剂和包含氧化石墨盐的沉淀物13相互分离，收集包含氧化石墨盐的沉淀物13。
〈氧化石墨烯盐的形成〉
接着，如步骤S126所示，将沉淀物13和水混合形成分散有沉淀物13的混合液13。接着，使形成在混合液13所包含的氧化石墨盐中的含氧碳层分离，并使氧化石墨烯盐分散。使氧化石墨烯盐从氧化石墨盐分离的方法的实例为超声波的施加、机械搅拌等。另外，分散有氧化石墨烯盐的混合液将作为混合液14。注意到，有时可形成多层氧化石墨烯盐而不是氧化石墨烯盐。
〈氧化石墨烯盐的收集〉
接着，如步骤S127所示，对混合液14进行过滤、离心分离、透析等当中的至少一个，从而使包含氧化石墨烯盐的沉淀物14沉淀，并收集包含氧化石墨烯盐的沉淀物14。
接着，使沉淀物14干燥，获得氧化石墨烯盐。注意到，步骤S127可以与实施方案2所述的步骤S117类似地进行。
〈石墨烯的形成〉
注意到，在步骤S126之后，如步骤S128所示，将包含氧化石墨烯盐的混合液14设置在基体上，然后对氧化石墨烯盐进行还原处理，由此可以形成石墨烯或多层石墨烯。
在基体上设置包含氧化石墨烯盐的混合液的方法及还原处理可以与实施方案2所述的步骤S118类似地进行。
通过上述工序，能够高生产率地形成作为石墨烯原料的氧化石墨烯盐。另外，能够高生产率地形成石墨烯或多层石墨烯。
实施方案4
在本实施方案中，将描述蓄电装置的电极结构及该电极的形成方法。
首先，对负极及其形成方法进行描述。
图4A是负极205的截面图。在负极205中，在负极集流体201上形成负极活性物质层203。
注意到，活性物质是指与用作载流子的离子的注入及脱出有关的物质。因此，将活性物质与活性物质层区别开来。
负极集流体201可以使用具有高导电性的材料，诸如铜、不锈钢、铁或镍。负极集流体201可以适当地具有箔状、板状或网状等的形状。
负极活性物质层203使用能够吸留和释放用作载流子的离子的负极活性物质形成。作为负极活性物质的典型实例，可以举出锂、铝、石墨、硅、锡以及锗。此外，举出含有锂、铝、石墨、硅、锡和锗中的一个或多个的化合物。注意到，可以单独使用负极活性物质层203作为负极而省略负极集流体201。作为负极活性物质，锗、硅、锂、铝的理论容量高于石墨。如果金属离子的吸留容量高，则能够减少负极活性物质的量，从而能够实现成本的缩减及以锂离子二次电池为典型的金属离子二次电池的尺寸降低。
作为用于锂离子二次电池以外的金属离子二次电池的载体离子的实例，举出例如钠离子或钾离子等的碱金属离子；例如钙离子、锶离子和钡离子等的碱土金属离子；铍离子；和镁离子。
图4B是负极活性物质层203的平面图。负极活性物质层203包含：负极活性物质211，其为能够吸留和释放载体离子的颗粒；以及覆盖多个负极活性物质211颗粒并至少部分包围多个负极活性物质211颗粒的石墨烯或多层石墨烯213。不同的石墨烯或多层石墨烯213覆盖多个负极活性物质211颗粒的表面。负极活性物质211可以部分暴露。
图4C是图4B的负极活性物质层203的一部分的截面图。负极活性物质层203包含负极活性物质211，以及至少部分包裹该负极活性物质211的石墨烯或多层石墨烯213。在截面中，观察到石墨烯或多层石墨烯213具有线形。多个负极活性物质颗粒至少部分被一个石墨烯或多个石墨烯包围。或者，多个负极活性物质颗粒至少部分被一个多层石墨烯或多个多层石墨烯包围。注意到，石墨烯或多层石墨烯具有袋状，在一些情况下，多个负极活性物质颗粒至少部分被该袋状部分包围。在一些情况下，石墨烯或多层石墨烯部分具有使负极活性物质暴露的隙孔。
负极活性物质层203所需的厚度为大于或等于20μm且小于或等于100μm。
注意到，负极活性物质层203可以包含具有石墨烯或多层石墨烯的0.1倍至10倍大的体积的乙炔黑颗粒、具有一维展开的碳颗粒（例如碳纳米纤维）或其它已知的粘合剂。
可以对负极活性物质层203预掺杂锂。通过利用溅射法在负极活性物质层203的表面上形成锂层，从而可以对负极活性物质层203预掺杂锂。或者，在负极活性物质层203的表面上设置锂箔，从而可以对负极活性物质层203预掺杂锂。
作为负极活性物质的实例，可给出由于用作载流子的离子的吸留而发生体积膨胀的材料。当使用这种材料时，负极活性物质层因充放电而变脆弱并部分崩塌，结果会使蓄电装置的可靠性降低。然而，在负极活性物质211的周围覆盖的石墨烯或多层石墨烯213允许防止负极活性物质的分散和负极活性物质层的崩塌，即使负极活性物质的体积因充放电而波动。就是说，石墨烯或多层石墨烯具有即使负极活性物质的体积因充放电而波动也维持负极活性物质之间的结合的功能。
石墨烯或多层石墨烯213与多个负极活性物质颗粒接触，并还用作活性物质及导电助剂。此外，石墨烯或多层石墨烯213具有保持能够吸留和释放载体离子的负极活性物质的功能。因此，不必将粘合剂混合到负极活性物质层中，从而，可以增加负极活性物质层中的负极活性物质的量，进而，由于石墨烯或多层石墨烯213还用作活性物质，因此允许提高蓄电装置的放电容量。
接着，对图4B及4C的负极活性物质层203的形成方法进行描述。
形成包含负极活性物质的颗粒及氧化石墨烯盐的浆料。在用该浆料涂覆负极集流体之后，与实施方案2或实施方案3所述的石墨烯或多层石墨烯的形成方法同样，利用还原气氛下的加热进行还原处理，焙烧负极活性物质，并使一部分氧从氧化石墨烯盐脱离，由此在石墨烯或多层石墨烯中形成隙孔。注意，氧化石墨烯盐中的氧并非全部被还原，一部分氧残留在石墨烯或多层石墨烯中。通过上述工序，可以在负极集流体201上形成负极活性物质层203。
接着，对图4D的负极的结构进行描述。
图4D是在负极集流体201上形成有负极活性物质层203的负极的截面图。负极活性物质层203包括具有不平坦表面的负极活性物质221以及覆盖该负极活性物质221的表面的石墨烯或多层石墨烯223。
不平坦的负极活性物质221包含共同部221a以及从共同部221a突出的凸部221b。凸部221b可以适当地具有圆柱状或角柱状等柱状形状、圆锥状或角锥状等针状形状。凸部的顶部可以为弯曲的。与负极活性物质211类似，负极活性物质221使用能够吸留和释放用作载流子的离子（典型的是锂离子）的负极活性物质形成。注意到，可以使用相同材料形成共同部221a及凸部221b。或者，可以使用不同材料形成共同部221a及凸部221b。
在硅作为负极活性物质的实例的情况下，体积由于用作载流子的离子的吸留而增加到四倍左右；因此，负极活性物质221因充放电而变脆弱，负极活性物质层203的一部分崩塌，结果会使蓄电装置的可靠性降低。然而，覆盖负极活性物质221周围的石墨烯或多层石墨烯223能够抑制负极活性物质的分散和负极活性物质层203的崩塌，即使硅的体积因充放电而膨胀；因此，能够提高蓄电装置的可靠性及耐久性。
当负极活性物质层203的表面与电解质接触时，电解质与负极活性物质相互发生反应，从而在负极的表面上形成膜。该膜被称为固体电解质界面（SEI）并被认为为了缓和电极与电解质之间的反应使其稳定所必须。然而，当该膜的厚度增加时，载体离子较不容易被吸留在负极中，导致例如电极与电解液之间的载体离子的传导性的下降、载体离子的传导性下降所带来的放电容量下降以及电解液的消耗等的问题。
涂覆负极活性物质层203表面的石墨烯或多层石墨烯可以抑制该膜的厚度的增加，因此可以抑制放电容量的下降。
接着，对图4D的负极活性物质层203的形成方法进行描述。
利用印刷法、喷墨法、CVD法等将不平坦的负极活性物质设置在负极集流体上。或者，利用涂敷法、溅射法、蒸镀法等形成膜状的负极活性物质，然后选择性地去除该膜状的负极活性物质，来在负极集流体上设置不平坦的负极活性物质。或者，部分去除由锂、铝、石墨或硅形成的箔或板的表来面形成具有不平坦形状的负极集流体以及负极活性物质。另外，可以将由锂、铝、石墨或硅形成的网用作负极及负极集流体。
接着，与实施方案2同样地将包含氧化石墨烯盐的混合液设置在负极活性物质上。作为在负极活性物质上设置包含氧化石墨烯盐的混合液的方法，可以采用涂敷法、旋涂法、浸渍法、喷射法、电泳法等。接着，与实施方案2所述的石墨烯或多层石墨烯的形成方法同样地利用还原气氛下的加热进行还原处理，使一部分氧从设置在负极活性物质上的氧化石墨烯盐释放，由此在石墨烯或多层石墨烯中形成隙孔。注意到，氧化石墨烯盐中的氧并非全部被释放，未释放的氧残留在石墨烯或多层石墨烯中。通过上述工序，可以形成负极活性物质层203，其中负极活性物质221的表面被石墨烯或多层石墨烯223涂覆。
在形成石墨烯或多层石墨烯时使用包含氧化石墨烯盐的混合液，可以由厚度均匀的石墨烯或多层石墨烯涂覆的不平坦的负极活性物质表面。
注意到，利用使用硅烷、氯化硅烷或氟化硅烷等作为源气体的LPCVD法可以在负极集流体上设置由硅形成的不平坦的负极活性物质（以下称为硅晶须）。
硅晶须可以为非晶。当将非晶硅晶须用于负极活性物质层时，较不容易发生由用作载流子的离子的吸留和释放所引起的体积变化（例如，缓和由体积膨胀所引起的应力）。为此，能够防止反复的充放电循环导致负极活性物质层变成粉末并分离，因此能够制造循环特性进一步提高的蓄电装置。
或者，硅晶须也可为结晶的。在此情况下，具有优越的导电性及离子迁移率的结晶区域在大范围区域内与负极集流体接触。因此，能够进一步提高负极整体的导电性，能够更高速地进行充放电，从而，能够制造充放电容量得以提高的蓄电装置。
此外，硅晶须也可以包含作为结晶区域的核及覆盖该核的作为非晶区域的外壳。
非晶外壳具有较不容易发生由离子的吸留和释放所引起的体积变化（例如，缓和由体积膨胀所引起的应力）的特征。此外，具有优越的导电性及离子迁移率的结晶核具有每单位质量的离子吸留速率及离子释放速率高的特征。因此，当将具有核及外壳的硅晶须用于负极活性物质层，能够以高速进行充放电，因此能够制造充放电容量及循环特性得到提高的蓄电装置。
在硅作为负极活性物质实例的情况下，体积由于用作载流子的离子的吸留而增加到四倍左右。当使用这种材料时，负极活性物质层因充放电而变脆弱并部分崩塌，结果会使蓄电装置的可靠性降低。然而，覆盖硅晶须表面的石墨烯或多层石墨烯能够抑制由硅晶须的体积膨胀所引起的负极活性物质层的崩塌，从而能够提高蓄电装置的可靠性及耐久性。
接着，对正极及其形成方法进行描述。
图5A是正极311的截面图。在正极311中，在正极集流体307上形成有正极活性物质层309。
作为正极集流体307，可以使用具有高导电性的材料，诸如铂、铝、铜、钛或不锈钢。正极集流体307可以适当地具有箔状、板状、网状等的形状。
正极活性物质层309可以使用LiFeO2、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V2O5、Cr2O5、MnO2等形成。
或者，可以使用橄榄石型含锂复合氧化物（通式为LiMPO4（M为Fe（II）、Mn（II）、Co（II）、Ni（II）中的一个或多个））。可用作材料的通式为LiMPO4的典型实例是如下锂化合物，例如LiFePO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiMnPO4、LiFeaNibPO4、LiFeaCobPO4、LiFeaMnbPO4、LiNiaCobPO4、LiNiaMnbPO4（a+b≤1，0＜a＜1，0＜b＜1）、LiFecNidCoePO4、LiFecNidMnePO4、LiNicCodMnePO4（c+d+e≤1，0＜c＜1，0＜d＜1，0＜e＜1）、LiFefNigCohMniPO4（f+g+h+i≤1，0＜f＜1，0＜g＜1，0＜h＜1，0＜i＜1）。
或者，也可以使用通式为Li2MSiO4（M为Fe（II）、Mn（II）、Co（II）、Ni（II）中的一个或多个）的含锂复合氧化物。可用作材料的通式为Li2MSiO4的典型实例是如下锂化合物，例如Li2FeSiO4、Li2NiSiO4、Li2CoSiO4、Li2MnSiO4、Li2FekNilSiO4、Li2FekColSiO4、Li2FekMnlSiO4、Li2NikColSiO4、Li2NikMnlSiO4（k+l≤1，0<k<1，0<l<1）、Li2FemNinCoqSiO4、Li2FemNinMnqSiO4、Li2NimConMnqSiO4（m+n+q≤1，0<m<1，0<n<1，0<q<1）、Li2FerNisCotMnuSiO4（r+s+t+u≤1，0<r<1，0<s<1，0<t<1，0<u<1）等。
当载体离子是锂离子以外的碱金属离子、碱土金属离子、铍离子或者镁离子时，正极活性物质层309可以含有碱金属（例如，钠或钾）、碱土金属（例如，钙、锶或钡）、铍或镁，代替锂化合物及含锂复合氧化物中的锂。
图5B是正极活性物质层309的平面图。正极活性物质层309包含：作为能够吸留和释放载体离子的颗粒的正极活性物质321；以及覆盖多个正极活性物质321的颗粒并至少部分包围多个正极活性物质321的颗粒的石墨烯或多层石墨烯323。不同的石墨烯或多层石墨烯323覆盖多个正极活性物质321的颗粒的表面。正极活性物质321也可以部分暴露。
正极活性物质321的粒径优选大于或等于20nm且小于或等于100nm。注意到，由于电子在正极活性物质321中传输，所以正极活性物质321的粒径优选较小。
当正极活性物质层309包含石墨烯或多层石墨烯323时，即使正极活性物质321的表面不被碳膜涂覆也能获得足够的特性；但是，因为电子在正极活性物质之间跳动地传输，所以优选使用石墨烯或多层石墨烯323以及被碳膜涂敷的正极活性物质两者。
图5C是图5B的正极活性物质层309的一部分的截面图。正极活性物质层309包含正极活性物质321以及覆盖该正极活性物质321的石墨烯或多层石墨烯323。在截面图中，观察到石墨烯或多层石墨烯323具有线形。多个正极活性物质颗粒至少部分地被一个石墨烯或多个石墨烯包围。或者，多个正极活性物质颗粒至少部分地被一个多层石墨烯或多个多层石墨烯包围。注意到，石墨烯或多层石墨烯是袋状，在一些情况下，多个正极活性物质颗粒至少部分地被该袋状部分包围。另外，在一些情况下，石墨烯或多层石墨烯部分具有使正极活性物质暴露的隙孔。
正极活性物质层309所需的厚度为大于或等于20μm且小于或等于100μm。优选的是，适当地调节正极活性物质层309的厚度，以不导致裂纹和分离。
注意到，正极活性物质层309可以包含具有石墨烯或多层石墨烯的0.1倍至10倍大的体积的乙炔黑颗粒、具有一维展开的碳颗粒（碳纳米纤维等）或其它已知的粘合剂。
作为正极活性物质的实例，举出由于用作载流子的离子的吸留而会发生体积膨胀的材料。当使用这种材料时，正极活性物质层因充放电而变脆并部分崩塌，结果会使蓄电装置的可靠性降低。然而，覆盖正极活性物质周围的石墨烯或多层石墨烯323能够防止正极活性物质的分散和正极活性物质层的崩塌，即使正极活性物质的体积因充放电而膨胀。就是说，石墨烯或多层石墨烯具有即使正极活性物质的体积因充放电而波动也维持正极活性物质之间的结合的功能。
石墨烯或多层石墨烯323与多个正极活性物质颗粒接触，并还用作导电助剂。此外，石墨烯或多层石墨烯323具有保持能够吸留和释放载体离子的正极活性物质321的功能。因此，不必将粘合剂混合到正极活性物质层中。从而，可以增加正极活性物质层中的正极活性物质的量，允许提高蓄电装置的放电容量。
接着，对正极活性物质层309的形成方法进行描述。
形成包含正极活性物质的颗粒及氧化石墨烯盐的浆料。在用该浆料涂覆正极集流体之后，与实施方案2所述的石墨烯或多层石墨烯的形成方法同样，利用还原气氛下的加热进行还原处理，以焙烧正极活性物质，并使氧化石墨烯盐所包含的氧释放，由此在石墨烯或多层石墨烯323中形成隙孔。注意，氧化石墨烯盐中的氧并非全部被还原，一部分氧残留在石墨烯或多层石墨烯323中。通过上述工序，可以在正极集流体307上形成正极活性物质层309。由此，正极活性物质层具有更高导电性。
在极性溶剂中氧化石墨烯盐所包含的氧带负电。由于带负电，因此氧化石墨烯盐分散。因此，浆料所包含的正极活性物质不容易聚集，由此可以防止由焙烧所引起的正极活性物质的粒径的增大。因此，电子在正极活性物质中的传输得以促进，结果使正极活性物质层的导电性得到提高。
实施方案5
在本实施方案中，描述蓄电装置的制造方法。
参照图6描述作为本实施方案的蓄电装置的典型实例的锂离子二次电池。在此，下面说明锂离子二次电池的截面结构。
图6是锂离子二次电池的截面图。
锂离子二次电池400包括：包含负极集流体407及负极活性物质层409的负极411；包含正极集流体401及正极活性物质层403的正极405；以及设置在负极411与正极405之间的隔离体413。注意到，隔离体413包含电解质415。负极集流体407与外部端子419连接，并且正极集流体401与外部端子417连接。外部端子419的端部填埋于垫片421。就是说，外部端子417和外部端子419由垫片421相互绝缘。
可以适当地使用实施方案3所述的负极集流体201及负极活性物质层203作为负极集流体407及负极活性物质层409。
可以适当地使用实施方案3所示的正极集流体307及正极活性物质层309作为正极集流体401及正极活性物质层403。
将绝缘多孔材料用于隔离体413。隔离体413的典型实例包括纤维素（纸）、聚乙烯、聚丙烯。
使用其中载体离子能够传输并稳定地存在的材料作为电解质415的溶质。电解质的溶质的典型实例包括例如LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiPF6、Li（C2F5SO2）2N等锂盐。
当载体离子是锂离子以外的碱金属离子、碱土金属离子、铍离子或者镁离子时，电解质415的溶质可以包含碱金属（例如，钠或钾）、碱土金属（例如，钙、锶或钡）、铍或镁，代替上述锂盐中的锂。
使用其中载体离子能够传输的材料作为电解质415的溶剂。优选使用非质子有机溶剂作为电解质415的溶剂。非质子有机溶剂的典型实例包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、乙腈、二甲氧基乙烷、四氢呋喃，并可使用这些材料中的一种或多种。当使用凝胶聚合物作为电解质415的溶剂时，防漏液性等的安全性得到提高。并且，能够实现锂离子二次电池400的薄型化及轻量化。凝胶聚合物的典型实例包括硅胶、丙烯酸胶、丙烯腈胶、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、氟类聚合物等。
可以使用例如Li3PO4等的固体电解质作为电解质415。注意到，当使用固体电解质作为电解质415时，不需要隔离体413。
对于外部端子417、419，可以适当地使用例如不锈钢板、铝板等金属构件。
注意到，在本实施方案中，虽然举出硬币型锂离子二次电池作为锂离子二次电池400，但是，可以采用例如密封型锂离子二次电池、圆筒型锂离子二次电池、方型锂离子二次电池等各种形状的锂离子二次电池。此外，也可以采用层叠有或卷绕有多个正极、多个负极、多个隔离体的结构。
锂离子二次电池的能量密度高且容量大，并且输出电压高。因此，能够实现锂离子二次电池的小型化及轻量化。此外，锂离子二次电池不容易发生由反复充放电所引起的劣化，能够长期间地使用，因此可以缩减成本。
接着，描述制造本实施方案所述的锂离子二次电池400的方法。
利用实施方案4所述的制造方法形成正极405及负极411。
接着，将正极405、隔离体413及负极411用电解质415浸渍。然后，可以在外部端子417上依次层叠正极405、隔离体413、垫片421、负极411及外部端子419，并且使用“硬币式电池封合机”使外部端子417与外部端子419相互封合。由此可制造硬币型锂离子二次电池。
注意到，可以将间隔物及垫圈设置在外部端子417与正极405之间或在外部端子419与负极411之间来加强外部端子417与正极405之间或外部端子419与负极411之间的连接。
实施方案6
本发明的一个实施方案的蓄电装置可以用于能以电力运行的各种各样的电器设备的电源。
使用根据本发明的一个实施方案的蓄电装置的电器设备的具体实例为如下：显示装置；照明装置；桌面型个人计算机或笔记本型个人计算机；播放保存于例如数字多功能光盘（DVD）等记录介质的静态图像或动态图像的图像播放装置；移动电话；便携式游戏机；便携式信息终端；电子书阅读器；例如摄像机、数码静态相机等影像拍摄装置；例如微波炉等高频加热设备；电饭煲；洗衣机；例如空调器等空调系统；电冰箱；电冷冻箱；电冷藏冷冻箱；DNA保存用冷冻器、透析设备。另外，利用来自蓄电装置的电力通过电动机驱动的移动体也包括在电器设备的范畴内。作为上述移动体的实例，可以举出：电动汽车；包括内燃机和电动机两者的混合动力汽车；以及包括电动机辅助自行车的电动自行车。
在上述电器设备中，可以使用根据本发明的一个实施方案的蓄电装置，作为用来供应足够电力用于几乎整个电力消耗的蓄电装置（这种蓄电装置被称为主电源）。另外，在上述电器设备中，可以使用根据本发明的一个实施方案的蓄电装置，作为当主电源或商业电源的电力供应停止时能够对电器设备供应电力的蓄电装置（这种蓄电装置被称为不间断电源）。另外，在上述电器设备中，可以使用根据本发明的一个实施方案的蓄电装置，作为在来自上述主电源或商业电源的供应电力的同时对电器设备供应电力的蓄电装置（这种蓄电装置被称为辅助电源）。
图7示出上述电器设备的具体结构。在图7中，显示装置5000是包括根据本发明的一个实施方案的蓄电装置5004的电器设备的一个实例。具体地说，显示装置5000相当于电视广播接收用显示装置，包括外壳5001、显示部5002、扬声器部5003、蓄电装置5004等。根据本发明的一个实施方案的蓄电装置5004设置在外壳5001内。显示装置5000可以接受来自商业电源的电力。或者，显示装置5000可以使用蓄积在蓄电装置5004中的电力。因此，即使当由于停电等不能由商业电源供应电力时，通过将根据本发明的一个实施方案的蓄电装置5004用作不间断电源，也可以使显示装置5000工作。
以下可用于显示部5002：诸如液晶显示装置等半导体显示装置、在每个像素中设置有例如有机EL元件等发光元件的发光装置、电泳显示装置、数字微镜装置（DMD，DigitalMicromirrorDevice）、等离子体显示面板（PDP，PlasmaDisplayPanel)及场发射显示器（FED，FieldEmissionDisplay）。
注意到，除了电视广播接收以外，显示装置在其范畴内还包括用于个人计算机、广告显示等的所有信息显示装置。
在图7中，安镶型照明装置5100是包括根据本发明的一个实施方案的蓄电装置5103的电器设备的一个实例。具体地说，安镶型照明装置5100包括外壳5101、光源5102和蓄电装置5103等。虽然图7示出蓄电装置5103设置在镶有外壳5101及光源5102的天花板5104的内部的情况，但是蓄电装置5103也可以设置在外壳5101内。安镶型照明装置5100可以接受来自商业电源的电力。或者，安镶型照明装置5100可以使用蓄积在蓄电装置5103中的电力。因此，即使当由于停电等不能由商业电源供应电力时，通过将根据本发明的一个实施方案的蓄电装置5103用作不间断电源，可以使安镶型照明装置5100工作。
注意到，虽然在图7中图示安镶型照明装置5100设置在天花板5104中，但是根据本发明的一个实施方案的蓄电装置可以用于设置于天花板5104以外的例如墙5105、地板5106或窗户5107等之中的安镶型照明装置。另外，蓄电装置可以用于台式照明装置等。
可以使用利用电力人为提供光的人工光源作为光源5102。具体地说，作为上述人工光源的实例，可以举出例如白炽灯、荧光灯等放电灯以及例如LED和有机EL元件等发光元件。
在图7中，具有室内机5200及室外机5204的空调器是包括根据本发明的一个实施方案的蓄电装置5203的电器设备的一个实例。具体地说，室内机5200包括外壳5201、送风口5202和蓄电装置5203等。图7示出蓄电装置5203设置在室内机5200中的情况，或者，蓄电装置5203可以设置在室外机5204中。或者，蓄电装置5203可以设置在室内机5200和室外机5204两者中。空调器可以接受来自商业电源的电力。或者，空调器可以使用蓄积在蓄电装置5203中的电力。具体地说，当蓄电装置5203设置在室内机5200和室外机5204两者中时，即使当由于停电等不能由商业电源供应电力时，通过将根据本发明的一个实施方案的蓄电装置5203用作不间断电源，也可以使空调器工作。
注意到，虽然在图7中示出包括室内机和室外机的分体式空调器，但是也可以将根据本发明的一个实施方案的蓄电装置用于将室内机和室外机的功能集成在一个外壳中的空调器。
在图7中，电冷藏冷冻箱5300是包括根据本发明的一个实施方案的蓄电装置5304的电器设备的一个实例。具体地说，电冷藏冷冻箱5300包括外壳5301、冷藏室门5302、冷冻室门5303和蓄电装置5304等。在图7中，蓄电装置5304设置在外壳5301内。或者，电冷藏冷冻箱5300可以接受来自商业电源的电力。或者，电冷藏冷冻箱5300可以使用蓄积在蓄电装置5304中的电力。因此，即使当由于停电等不能由商业电源供应电力时，通过将根据本发明的一个实施方案的蓄电装置5304用作不间断电源，也可以使电冷藏冷冻箱5300工作。
注意到，在上述电器设备中，例如微波炉等高频加热设备和例如电饭煲等电器设备在短时间内需要高功率。通过将根据本发明的一个实施方案的蓄电装置用作供应商业电源所不能充分供应的电力的辅助电源，当使用电器设备时可以防止商业电源的断路器跳闸。
另外，在不使用电器设备的时间段，尤其是在商业电源源能够供应的总电量中实际使用的耗电量所占的比率（该比率被称为功率使用率）低时，可以将电力蓄积在蓄电装置中，由此可以减少在使用电器设备的时间段中电力的使用率。例如，在电冷藏冷冻箱5300的情况下，在温度低且不频繁打开、关闭冷藏室门5302或冷冻室门5303的夜间，可以将电力蓄积在蓄电装置5304中。另一方面，在温度高且频繁打开、关闭冷藏室门5302或冷冻室门5303的白天，将蓄电装置5304用作辅助电源，由此可以减少白天的电力使用率。
本实施方案可以与任何上述实施方案适当地组合而实施。
实施例1
在本实施例中，测定电池1和对比电池1的放电特性及充电特性。
首先，对制造样品的方法进行描述。
〈氧化石墨烯盐的形成）
〈石墨的氧化〉
首先，将2g的石墨和92ml的浓硫酸混合制备混合液A1。接着，在对混合液A1添加12g的高锰酸钾的同时，在冰浴中进行搅拌，制备混合液A2。在去除冰浴并在室温下进行搅拌2小时之后，将所得溶液以35℃放置30分钟，将石墨氧化。这样形成包含氧化石墨的混合液A3。
〈金属离子的还原〉
接着，在对混合液A3添加184ml的纯水的同时，在冰浴中进行搅拌，形成混合液A4。在大概为98℃的油浴中对混合液A4进行搅拌15分钟来使其起反应，在对混合液A4添加580ml的纯水及36ml的过氧化氢溶液（浓度为30重量%）的同时进行搅拌，来使未反应的高锰酸钾失活。这样形成包含可溶性硫酸锰及氧化石墨的混合液A5。
〈氧化石墨的收集〉
接着，在利用孔径为0.1μm的膜过滤器对混合液A5进行抽滤之后形成沉淀物A1。接着，将沉淀物A1和3重量%的盐酸混合，而形成其中溶解有锰离子、钾离子及硫酸根离子的混合液A6。然后，对混合液A6进行抽滤形成包含氧化石墨的沉淀物A2。
〈氧化石墨烯的形成〉
在将沉淀物A2和500ml的纯水混合而获得混合液A7之后，对混合液A7施加频率为40kHz的超声波1小时，使氧化石墨中的碳层相互分离，来形成氧化石墨烯。注意到，有时可形成多层氧化石墨烯而不是氧化石墨烯。
〈氧化石墨烯的收集〉
接着，以4000rpm进行离心分离大概30分钟，收集包含氧化石墨烯的上清液。该上清液将成为混合液A8。
〈氧化石墨烯盐的形成〉
接着，对混合液A8添加氨水而将其pH调节为11。由此制备混合液A9。然后，对混合液A9添加2500ml的丙酮并进行混合而获得混合液A10。此时，包含在混合液A8中的氧化石墨烯与包含在氨水中的氨起反应，形成氧化石墨烯盐，即沉淀物A3。注意，有时可形成多层氧化石墨烯盐而不是氧化石墨烯盐。
〈氧化石墨烯盐的收集〉
在室温的真空下使沉淀物A3干燥来收集氧化石墨烯盐。
（电池的组装）
接着，组装电池。以下描述电池的组装方法。
在正极中，将铝箔用作集流体，且在该集流体上形成正极活性物质层，该正极活性物质层是磷酸铁锂（LiFePO4）颗粒和通过上述工序获得的氧化石墨烯盐的混合物。
以下示出形成磷酸铁锂颗粒的方法。称量碳酸锂（Li2CO3）、草酸铁（Fe2CO4·2H2O）及磷酸二氢铵（NH4H2PO4），使得它们之间的摩尔比为1:2:2，且使用湿式球磨机（球直径为3mm，使用丙酮作为溶剂）以400rpm进行研磨和混合2小时。
在研磨和混合之后，进行干燥，然后在氮气氛下以350℃进行预焙烧10小时，并且，再度使用湿式球磨机（球直径为3mm）以400rpm进行研磨和混合2小时。然后，在氮气氛下以600℃进行焙烧10小时。
接着，将5重量%的氧化石墨烯盐及95重量%的磷酸铁锂颗粒与其重量为氧化石墨烯盐和磷酸铁锂颗粒的总重量的约3倍大的NMP混合，用该混合物涂覆集流体，以120℃进行真空干燥60分钟，进行冲切成型为圆形，在真空中以300℃进行加热8至10小时。由此形成具有11μm厚度的活性物质层的正极。注意，将氧化石墨烯盐用作导电助剂及粘合剂。
对于负极，使用以冲切成型为圆形的锂箔。
接着，使用以下组装电池1：将溶解有1mol/L的六氟磷酸锂（LiPF6）的碳酸乙烯酯（EC）和碳酸二乙酯（DEC）的混合液（体积比为1:1）用作电解液，并且将聚丙烯隔离体用作隔离体。
（电池1的充放电特性的测定）
对所组装的电池1的放电特性进行测定，然后测定充电特性。注意到，放电倍率及充电倍率各自为0.2C。在恒电压达到4.3V时停止充电。
图8示出电池的放电特性及充电特性。注意到，横轴表示正极的每重量活性物质的容量，纵轴表示在充放电时间的电压。曲线501表示电池1的放电特性，曲线503表示电池1的充电特性。图8表示电池1的放电容量为165mAh/g，其近于用作正极活性物质的LiFePO4的理论容量。
接着，对于对比电池，测定包含如下正极的对比电池1的充放电特性，在该正极中，使用LiFePO4作为正极活性物质，使用乙炔黑作为导电助剂且使用PVDF作为粘合剂。注意，放电倍率为0.2C，充电倍率为1C。在恒电压达到4.3V时停止充电。另外，将与电池1类似地形成的85重量%的磷酸铁锂颗粒、8重量%的乙炔黑、7重量%的PVDF和其重量为磷酸铁锂颗粒、乙炔黑及PVDF的总重量约2倍大的NMP混合，并且用该混合物涂覆集流体，以120℃进行真空干燥1小时，用压辊对混合物施加压力来提高活性物质和乙炔黑之间的粘结性。此后，进行冲切成型为圆形来形成活性物质层具有32.4μm厚度的正极。负极、电解质及隔离体都与电池1类似地形成。
在图8中，曲线511表示对比电池1的放电特性、曲线513表示对比电池1的充电特性。
从图8可见，电池1的放电容量比对比电池1高。由此，通过将氧化石墨烯盐用于正极活性物质，应该能够增大每单位重量中正极活性物质的量，因此电池1的放电容量可接近于理论放电容量。
实施例2
在本实施例中，描述对根据实施方案1形成的氧化石墨烯盐及通过常规的方法形成的石墨烯进行核磁共振法（NMR）测定的结果。
作为样品1，通过与实施例1类似的方法形成氧化石墨烯盐。
再者，对样品1进行还原处理形成石墨烯（样品2）。样品2是通过以300℃在真空下对样品1焙烧10小时而对氧化石墨烯盐进行还原处理来形成的。
通过常规形成方法形成氧化石墨烯作为对比样品1。下面描述对比样品1的制造方法。
首先，将5g的石墨和126ml的浓硫酸混合获得混合液A11。接着，在对混合液A11添加12g的高锰酸钾的同时，在冰浴中进行搅拌，形成混合液A12。在去除冰浴并在室温下进行搅拌2小时之后，以35℃放置30分钟，将石墨氧化。这样形成包含氧化石墨的混合液A13。
接着，在对混合液A13添加184ml的纯水的同时，在冰浴中进行搅拌，形成混合液A14。在大概为95℃的油浴中对混合液A14进行搅拌15分钟来使其起反应后，在对混合液A14添加560ml的纯水及36ml的过氧化氢溶液（浓度为30重量%）的同时进行搅拌，来使高锰酸钾失活。这样形成包含可溶性硫酸锰及氧化石墨的混合液A15。
在利用孔径为1μm的膜过滤器对混合液A15进行抽滤之后，将盐酸混合到所得溶液中，从所得溶液中去除硫酸，由此形成包含氧化石墨的混合液A16。
对混合液A16添加纯水，以3000rpm进行离心分离大概30分钟，去除上清液。然后，将其中对沉淀物添加纯水并进行离心分离以去除上清液的工序重复多次。当去除了上清液的混合液A16的pH大概达到5至6时，进行超声处理2小时，分离氧化石墨。由此形成氧化石墨烯已分离的混合液A17。
通过利用蒸发器去除混合液A17中的水，并且用研钵研磨残留物，以300℃在真空中用玻璃管烤箱加热10小时，来将氧化石墨烯中的氧还原且使氧部分释放。这样形成石墨烯。
接着，图9示出样品1、样品2及对比样品1的13C-NMR谱，下面描述其分析结果。在图9中，曲线601表示样品1的13C-NMR谱，曲线603表示对比样品1的13C-NMR谱，曲线605表示样品2的13C-NMR谱。
信号606表示羰基碳，信号607表示芳族碳，信号608表示脂族碳。与对比样品1相比，虽然样品1中表示羰基碳的信号606移动，但是表示芳族碳的信号607及表示脂族碳的信号608在样品1与对比样品1之间没有很大的差异。由此可知通过实施例1获得的氧化石墨烯盐具有与现有的氧化石墨烯同样的碳骨架。
将样品1还原而获得的样品2中的表示脂族碳的信号608与比较样品1及样品1相比较小，这显示键合于碳原子的氧的还原增强。
接着，图10示出利用红外光谱测定的样品1、对比样品1及样品2的红外吸收光谱。在图10中，纵轴表示任意单位的透过率，显示每个曲线以能够比较峰位置。
曲线611表示样品1的红外吸收光谱，曲线613表示对比样品1的红外吸收光谱，曲线615表示样品2的红外吸收光谱。
峰621表示铵基的吸收峰。峰623是表示羧基的吸收峰。这些结果表示，样品1不包含羧基但包含铵基，而对比样品1包含羧基。此外，由曲线615可知通过进行还原处理使羧基及铵基释放。
通过上述结果可见，通过实施例1能够形成氧化石墨烯盐，并且通过对该氧化石墨烯盐进行还原处理能够形成石墨烯。
实施例3
在本实施例中，利用X射线光电子能谱（XPS）及碳氢氮元素分析（CHN元素分析）测定通过实施方案1形成的氧化石墨烯及氧化石墨烯盐、以及通过常规方法形成的石墨烯。
首先，对样品的形成方法进行描述。
〈石墨的氧化〉
首先，将1g的石墨和46ml的浓硫酸混合制备混合液A21。接着，在对混合液A21添加6g的高锰酸钾的同时，在冰浴中进行搅拌，制备混合液A22。在去除冰浴并在室温下进行搅拌2小时之后，以35℃使所得溶液起反应30分钟，来形成包含氧化石墨的混合液A23。
〈金属离子的还原〉
接着，在对混合液A23添加92ml的纯水的同时，在冰浴中进行搅拌，形成混合液A24。在大概为95℃的油浴中对混合液A24进行搅拌15分钟来使其起反应后，在对混合液A24添加280ml的纯水及18ml的过氧化氢溶液（浓度为30重量%）的同时进行搅拌，来使高锰酸钾失活。这样形成包含可溶性硫酸锰及氧化石墨的混合液A25。
〈氧化石墨的收集〉
接着，利用孔径为0.1μm的膜过滤器对混合液A25进行抽滤形成沉淀物A21。接着，对通过对沉淀物A21添加3%的盐酸然后搅拌该混合物而形成的混合液A26进行抽滤，来形成包含氧化石墨的沉淀物A22。
〈氧化石墨烯的形成〉
在对沉淀物A22添加纯水而获得混合液A27之后，对混合液A27施加频率为40kHz的超声波1小时，使氧化石墨中的碳层相互分离，来形成氧化石墨烯。注意到，有时可形成多层氧化石墨烯而不是氧化石墨烯。
〈氧化石墨烯的收集〉
接着，以4000rpm进行离心分离大概30分钟，收集包含氧化石墨烯的上清液。该上清液将成为混合液A28。
〈氧化石墨烯盐的形成〉
接着，对混合液A28添加氨水而将其pH调节为11。由此制备混合液A29。然后，对混合液A29添加丙酮。此时，包含在混合液A28中的氧化石墨烯与包含在氨水中的氨起反应，形成氧化石墨烯盐，即沉淀物A23。注意，有时可形成多层氧化石墨烯盐而不是氧化石墨烯盐。
〈氧化石墨烯盐的收集〉
在室温的真空下使沉淀物A23干燥来收集氧化石墨烯盐。
通过上述工序获得样品3。
利用研钵研磨样品3，在300℃的真空下在炉中加热10小时，使氧化石墨烯中的氧还原并部分释放。这样形成石墨烯。
通过上述工序获得样品4。
通过常规形成方法形成氧化石墨烯作为对比样品2。下面描述对比样品2的形成方法。
首先，将0.25g的石墨和11.5ml的浓硫酸混合制备混合液A31。接着，在对混合液A31添加1.5g的高锰酸钾的同时，在冰浴中进行搅拌，形成混合液A32。在去除冰浴并在室温下进行搅拌2小时之后，以35℃使所得溶液起反应30分钟，由此形成包含氧化石墨的混合液A33。
接着，在对混合液A33添加23ml的纯水的同时，在冰浴中进行搅拌，形成混合液A34。在大概为95℃的油浴中对混合液A34进行搅拌15分钟来使其起反应后，在对混合液A34添加70ml的纯水及4.5ml的过氧化氢溶液（浓度为30重量%）的同时进行搅拌，来使高锰酸钾失活。这样形成包含氧化石墨的混合液A35。
接着，在利用孔径为0.1μm的膜过滤器对混合液A35进行抽滤之后形成沉淀物A31。接着，对通过对沉淀物A31添加3%的盐酸然后搅拌该混合物而形成的混合液A36进行抽滤，来形成包含氧化石墨的沉淀物A32。
在对沉淀物A32添加9ml的纯水而形成混合液A37之后，以4000rpm进行离心分离大概30分钟，收集包含氧化石墨的上清液。该上清液将成为混合液A38。
接着，对混合液A38添加10ml的纯水，以3000rpm进行离心分离大概30分钟，去除上清液。然后，将其中对沉淀物添加纯水并进行离心分离以去除上清液的工序重复多次。当去除了上清液的混合液A38的pH达到约5至6时施加频率为40kHz的超声波1小时，使氧化石墨分离。由此形成分散有氧化石墨烯的混合液A39。
〈氧化石墨烯的收集〉
通过利用蒸发器去除混合液A39中的水，将所获得的残留物在室温下进行真空干燥。这样形成氧化石墨烯。
通过上述工序获得对比样品2。
在此，利用XPS对样品3、样品4及对比样品2所包含的碳、氧、硫及氮的组成比进行测定，并在表1示出其结果。在本实施例的XPS中，使用PHI公司制造的QuanteraSXM作为测定装置，利用单色AlKα射线（1.486keV）作为X射线源。
[表1]
C（原子%） O（原子%） S（原子%） N（原子%）
样品3 65.3 31.6 0.5 2.7
样品4 86.8 9.9 - 3.2
对比样品2 64.5 34.3 0.7 0.6
表1显示，样品3、样品4及对比样品2各自包含氮及氧，且通过对样品3进行加热处理，能够减低氧化石墨烯中的氧含量。注意到，样品3的氧浓度比对比样品2低。这些结果显示，根据本实施例能够减低氧化石墨烯中的氧含量。
接着，利用CHN元素分析测定样品3及样品4所包含的碳、氢、氮及氧（氧仅包含在样品3中）的比率并在表2示出其结果。在本实施例的CHN元素分析中，在测定碳、氢及氮时，利用ElementarAnalysensystem制造的VarioEL作为测定装置，利用堀场集团制造的EMGA-920测定氧。表1示出各元素的组成比，而表2示出各元素的比率。注意到，因为每个样品都含有氢，所以在表1和表2之间碳和氧的值不同。
[表2]
C（原子%） H（原子%） N（原子%） O（原子%）
样品3 43.3 32.8 2.7 21.3
样品4 85.7 10.4 3.9 -
表2示出样品3及样品4各自包含至少氢及氮，通过对样品3进行加热处理，能够减低氧化石墨烯的氢含量。
实施例4
在本实施例中，利用氧燃烧-离子色谱法及烧瓶燃烧-离子色谱法，对根据实施方案1形成的氧化石墨烯盐和通过常规方法形成的氧化石墨烯的硫含量和氯含量进行测定。
首先，对样品的形成方法进行描述。
〈石墨的氧化〉
首先，将4g的石墨和138ml的浓硫酸混合制备混合液A41。接着，在对混合液A41添加18g的高锰酸钾的同时，在冰浴中进行搅拌，制备混合液A42。在去除冰浴并在室温下进行搅拌2小时之后，以35℃使所得溶液起反应30分钟，来形成包含氧化石墨的混合液A43。
接着，在对混合液A43添加276ml的纯水的同时，在冰浴中进行搅拌，形成混合液A44。在大概为95℃的油浴中对混合液A44进行搅拌15分钟来使其起反应之后，在对混合液A44添加400ml的水及54ml的过氧化氢溶液（浓度为30重量%）的同时进行搅拌，来使高锰酸钾失活。这样形成混合液A45。
接着，利用孔径为0.45μm的膜过滤器对混合液A45进行抽滤形成沉淀物A41。接着，对通过将对沉淀物A41添加3%的盐酸并然后搅拌该混合物而形成的混合液A46进行抽滤，来形成包含氧化石墨的沉淀物A42。
在对沉淀物A42添加4000ml的纯水获得混合液A47之后，对混合液A47施加频率为40kHz的超声波1小时，使氧化石墨中的碳层相互分离，来形成氧化石墨烯。注意到，有时可形成多层氧化石墨烯而不是氧化石墨烯。
〈氧化石墨烯的收集〉
接着，以9000rpm进行离心分离，收集沉淀了的氧化石墨烯。然后，对沉淀物添加同量的纯水并进行离心分离来去除上清液的工序总共进行1次、4次、7次、10次，由此获得沉淀物。将这些沉淀物为沉淀物A41、沉淀物A42、沉淀物A43及沉淀物A44。
对通过进行洗涤4次而获得的上述沉淀物A43添加纯水，还添加氨水来将其pH调整为11。由此制备混合液A48。然后，对混合液A48添加丙酮并进行混合。此时，包含在混合液A48中的氧化石墨烯与包含在氨水中的氨起反应，形成氧化石墨烯盐，即沉淀物A45。注意，有时可形成多层氧化石墨烯盐而不是氧化石墨烯盐。然后对混合液A48进行抽滤来获得沉淀物A45。
通过利用蒸发器从沉淀物A41、沉淀物A42、沉淀物A43及沉淀物A44去除水，利用研钵研磨每种残留物，并使所获得的粉末在室温中进行真空干燥。由此形成对比样品3、对比样品4、对比样品5及对比样品6。另外，在对沉淀物A45进行类似的工序时形成样品5。
接着，利用氧燃烧-离子色谱法测定样品5、对比样品3、对比样品4、对比样品5及对比样品6所包含的氯。在此，利用三菱化学分析技术公司（MitsubishiChemicalAnalytechCo.,Ltd.）制造的QF-02对每个样品进行燃烧。另外，利用烧瓶燃烧-离子色谱法测定其中所包含的硫。在此，通过利用硬质玻璃对每个样品进行燃烧。利用戴安（DIONEX）公司制造的DX-AQ-1120作为离子色谱装置。表3示出每个样品中的氯和硫的比率。
[表3]
Cl（原子%） S（原子%）
样品5 0.03 0.37
对比样品3 0.12 0.56
对比样品4 0.09 0.49
对比样品5 0.10 0.49
对比样品6 0.09 0.49
在表3中的对比样品3至6中，氯含量的差异小。虽然对比样品4的硫含量比对比样品3低，但是在对比样品5和对比样品6之间硫含量没有差异。由上述结果可知，即使增加利用包含盐酸的混合液洗涤硫酸的次数，具体而言，即使进行7次以上的洗涤，也难以减少氧化石墨烯的氯含量和硫含量。另一方面，样品5的氯含量和硫含量比对比样品4低。由以上得到，通过如下方法应该能够进一步减低氧化石墨烯所包含的硫和氯的比率：将碱性溶液及有机溶剂混合到包含氧化石墨烯的液体中，使氧化石墨烯及碱性溶液所包含的碱相互起反应，来形成氧化石墨烯盐。
附图标记说明
201：负极集流体；203：负极活性物质层；205：负极；211：负极活性物质；213：石墨烯或多层石墨烯；221：负极活性物质；221a：共同部；221b：凸部；223：石墨烯或多层石墨烯；307：正极集流体；309：正极活性物质层；311：正极；321：正极活性物质；323：石墨烯或多层石墨烯；400：锂离子二次电池；401：正极集流体；403：正极活性物质层；405：正极；407：负极集流体；409：负极活性物质层；411：负极；413：隔离体；415：电解质；417：外部端子；419：外部端子；421：垫片；501：曲线；503：曲线；511：曲线；513：曲线；601：曲线；603：曲线；605：曲线；606：信号；607：信号；608：信号；611：曲线；613：曲线；615：曲线；621：峰；623：峰；5000：显示装置；5001：外壳；5002：显示部；5003：扬声器部；5004：蓄电装置；5100：照明装置；5101：外壳；5102：光源；5103：蓄电装置；5104：天花板；5105：墙；5106：地板；5107：窗户；5200：室内机；5201：外壳；5202：送风口；5203：蓄电装置；5204：室外机；5300：电冷藏冷冻箱；5301：外壳；5302：冷藏室门；5303：冷冻室门；5304：蓄电装置。
本申请基于2011年8月18日提交到日本专利局的日本专利申请2011-179215号以及2011年8月18日提交到日本专利局的日本专利申请2011-179217号，通过引用将其完整内容并入本文。

Claims (16)

1.一种形成氧化石墨烯盐的方法，其包括如下步骤：
通过在溶液中将石墨和包含碱金属盐的氧化剂混合，来形成第一沉淀物；
使用酸性溶液使所述第一沉淀物所包含的所述包含碱金属盐的氧化剂电离，并从所述第一沉淀物去除所述包含碱金属盐的氧化剂，来形成第二沉淀物；
将所述第二沉淀物和水混合形成混合液；
通过以下形成分散有氧化石墨烯的分散液：对所述混合液施加超声波或机械搅拌所述混合液，使所述氧化石墨烯从氧化石墨分离，所述氧化石墨为所述第二沉淀物中包含的并且被氧化的石墨；以及
将所述分散液、碱性溶液及有机溶剂混合，并使所述分散液所包含的氧化石墨烯和所述碱性溶液所包含的碱相互起反应，来形成氧化石墨烯盐。
2.一种形成氧化石墨烯盐的方法，其包括如下步骤：
通过在溶液中将石墨和氧化剂混合，来形成包含具有氧化石墨及所述氧化剂的第一沉淀物的第一混合液；
从所述第一混合液收集所述第一沉淀物，然后使用酸性溶液从所述第一沉淀物去除所述氧化剂，来形成包含所述氧化石墨的第二沉淀物；
将所述第二沉淀物和水混合，然后对混合液施加超声波或机械搅拌所述混合液，使氧化石墨烯从所述氧化石墨分离，来形成分散有所述氧化石墨烯的第二混合液；以及
将碱性溶液及有机溶剂与所述第二混合液混合，并使所述第二混合液所包含的氧化石墨烯和碱相互起反应来使氧化石墨烯盐沉淀，收集所述氧化石墨烯盐。
3.一种形成氧化石墨烯盐的方法，其包括如下步骤：
通过在溶液中将石墨和包含碱金属盐的氧化剂混合，来形成第一沉淀物；
使用酸性溶液使所述第一沉淀物所包含的所述包含碱金属盐的氧化剂电离，并从所述第一沉淀物去除所述包含碱金属盐的氧化剂，来形成第二沉淀物；
将所述第二沉淀物和水混合，然后混合碱性溶液及有机溶剂，使通过氧化所述第二沉淀物所包含的所述石墨而形成的氧化石墨与所述碱性溶液起反应，来形成包含氧化石墨盐的第三沉淀物；以及
将所述第三沉淀物和水混合，使所述氧化石墨烯盐从所述第三沉淀物所包含的所述氧化石墨盐分离，来形成氧化石墨烯盐。
4.一种形成氧化石墨烯盐的方法，其包括如下步骤：
通过在溶液中将石墨和氧化剂混合，来形成包含具有氧化石墨及所述氧化剂的第一沉淀物的第一混合液；
从所述第一混合液收集所述第一沉淀物，然后使用酸性溶液从所述第一沉淀物去除所述氧化剂，来形成包含所述氧化石墨的第二沉淀物；
将所述第二沉淀物和水混合，然后混合碱性溶液及有机溶剂，使所述第二沉淀物所包含的所述氧化石墨和碱起反应，来形成包含氧化石墨盐的第三沉淀物；以及
将所述第三沉淀物和水混合，然后对混合液施加超声波或机械搅拌所述混合液，使氧化石墨烯盐从所述第三沉淀物所包含的所述氧化石墨盐分离，形成分散有所述氧化石墨烯盐的第二混合液，并收集所述第二混合液所包含的所述氧化石墨烯盐。
5.根据权利要求1至4中任一项的形成氧化石墨烯盐的方法，其中所述氧化剂是硝酸及氯酸钾；硫酸及高锰酸钾；或者硝酸、硫酸及氯酸钾。
6.根据权利要求1至4中任一项的形成氧化石墨烯盐的方法，其中所述酸性溶液是盐酸、稀硫酸或硝酸。
7.根据权利要求1至4中任一项的形成氧化石墨烯盐的方法，其中所述碱性溶液是氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、氨水溶液、甲基胺溶液、乙醇胺溶液、二甲基胺溶液或三甲基胺溶液。
8.根据权利要求1至4中任一项的形成氧化石墨烯盐的方法，其中所述有机溶剂是丙酮、甲醇或乙醇。
9.一种形成石墨烯的方法，其包括如下步骤：
通过在溶液中将石墨和包含碱金属盐的氧化剂混合，来形成第一沉淀物；
使用酸性溶液使所述第一沉淀物所包含的所述包含碱金属盐的氧化剂电离，并从所述第一沉淀物去除所述包含碱金属盐的氧化剂，来形成第二沉淀物；
将所述第二沉淀物和水混合形成混合液；
通过以下形成分散有氧化石墨烯的分散液：对所述混合液施加超声波或机械搅拌所述混合液，使所述氧化石墨烯从氧化石墨分离，所述氧化石墨为所述第二沉淀物中包含的并且被氧化的石墨；
将所述分散液、碱性溶液及有机溶剂混合，并使所述分散液所包含的氧化石墨烯和所述碱性溶液所包含的碱相互起反应，形成氧化石墨烯盐；以及
通过将所述氧化石墨烯盐还原来形成石墨烯。
10.一种形成石墨烯的方法，其包括如下步骤：
通过在溶液中将石墨和氧化剂混合，来形成包含具有氧化石墨及所述氧化剂的第一沉淀物的第一混合液；
从所述第一混合液收集所述第一沉淀物，然后使用酸性溶液从所述第一沉淀物去除所述氧化剂，来形成包含所述氧化石墨的第二沉淀物；
将所述第二沉淀物和水混合，然后对混合液施加超声波或机械搅拌所述混合液，使氧化石墨烯从所述氧化石墨分离，来形成分散有所述氧化石墨烯的第二混合液；
将碱性溶液及有机溶剂与所述第二混合液混合，并使所述第二混合液所包含的氧化石墨烯和碱相互起反应来使氧化石墨烯盐沉淀，收集所述氧化石墨烯盐；以及
通过将所述氧化石墨烯盐还原来形成石墨烯。
11.一种形成石墨烯的方法，其包括如下步骤：
通过在溶液中将石墨和包含碱金属盐的氧化剂混合，来形成第一沉淀物；
使用酸性溶液使所述第一沉淀物所包含的所述包含碱金属盐的氧化剂电离，并从所述第一沉淀物去除所述包含碱金属盐的氧化剂，来形成第二沉淀物；
将所述第二沉淀物和水混合，然后混合碱性溶液及有机溶剂，使通过氧化所述第二沉淀物所包含的所述石墨而形成的氧化石墨与所述碱性溶液起反应，来形成包含氧化石墨盐的第三沉淀物；
将所述第三沉淀物和水混合，使所述氧化石墨烯盐从所述第三沉淀物所包含的所述氧化石墨盐分离，来形成氧化石墨烯盐；以及
通过将所述氧化石墨烯盐还原来形成石墨烯。
12.一种形成石墨烯的方法，其包括如下步骤：
通过在溶液中将石墨和氧化剂混合，来形成包含具有氧化石墨及所述氧化剂的第一沉淀物的第一混合液；
从所述第一混合液收集所述第一沉淀物，然后使用酸性溶液从所述第一沉淀物去除所述氧化剂，来形成包含所述氧化石墨的第二沉淀物；
将所述第二沉淀物和水混合，然后混合碱性溶液及有机溶剂，使所述第二沉淀物所包含的所述氧化石墨和碱起反应，来形成包含氧化石墨盐的第三沉淀物；
将所述第三沉淀物和水混合，然后对混合液施加超声波或机械搅拌所述混合液，使氧化石墨烯盐从所述第三沉淀物所包含的所述氧化石墨盐分离，形成分散有所述氧化石墨烯盐的第二混合液，并收集所述第二混合液所包含的所述氧化石墨烯盐；以及
通过将所述氧化石墨烯盐还原来形成石墨烯。
13.根据权利要求9至12中任一项的形成石墨烯的方法，其中所述氧化剂是硝酸及氯酸钾；硫酸及高锰酸钾；或者硝酸、硫酸及氯酸钾。
14.根据权利要求9至12中任一项的形成石墨烯的方法，其中所述酸性溶液是盐酸、稀硫酸或硝酸。
15.根据权利要求9至12中任一项的形成石墨烯的方法，其中所述碱性溶液是氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、氨水溶液、甲基胺溶液、乙醇胺溶液、二甲基胺溶液或三甲基胺溶液。
16.根据权利要求9至12中任一项的形成石墨烯的方法，其中所述有机溶剂是丙酮、甲醇或乙醇。
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