增大而增大，由此顯示電容器性能在電池電壓方面而言是優(yōu)異的。
[0106]圖4a?4c是現(xiàn)有技術(shù)的電容器的電容量-電極電勢(shì)圖，其可各自與石墨烯鋰離子電容器的性能比較。
[0107]圖4a圖示了使用活性炭的電雙層電容器。圖4b圖示了使用石墨烯的電雙層電容器。圖4c圖示了鋰離子電容器。
[0108]當(dāng)圖4a和圖4c所示的曲線圖與圖3的曲線圖比較時(shí)，可以確認(rèn)，與圖4a?4c相比，顯示本發(fā)明效果的圖3具有較大的電池電壓值和電池電容量值。
[0109]圖5是可確認(rèn)本發(fā)明提出的石墨烯鋰離子電容器的性能的電容量-電壓圖。
[0110]石墨烯鋰離子電容量將電池的電壓(陽極和陰極的電勢(shì)差)設(shè)定為4V以上，并且隨著電容器增大，電池的電壓減小。在該曲線圖上，面積表示能量。
[0111]圖6是可比較石墨烯鋰離子電容器與現(xiàn)有技術(shù)的電容器的電容量-電池電壓圖。
[0112]圖6(a)圖示了使用活性炭的的電雙層電容器。圖6(b)圖示了使用石墨烯的電雙層電容器。圖6(c)圖示了鋰離子電容器。圖6(d)圖示了本發(fā)明提出的石墨烯鋰離子電容器。
[0113]當(dāng)將圖6(a)?(d)相互比較時(shí)，圖6(d)的電壓高于圖(a)和(b)。因此，可以確認(rèn)，本發(fā)明的電壓大于使用活性炭或石墨烯的電雙層電容器的電壓。
[0114]另外，當(dāng)圖6(a)?(d)相互比較時(shí)，圖6(d)的電容量高于圖(a)和(C)。因此，可以確認(rèn)，本發(fā)明的電容量大于電雙層電容器和鋰離子電容器的電容量。
[0115]當(dāng)圖6(a)?(d)的面積相互比較時(shí)，圖6 (d)的面積高于圖6(a)?(C)的面積。因此，可以確認(rèn)，本發(fā)明是具有相對(duì)大于圖(a)?(C)電容器的能量的電容器。
[0116]如上所述的石墨烯鋰離子電容器并不限于上述示例性實(shí)施方式的構(gòu)造和方法，不過，該示例性實(shí)施方式還可以通過選擇性地組合這些示例性實(shí)施方式的整體或部分而構(gòu)成，從而可以做出多種改變。
[0117]本發(fā)明還可以以各種形式用于需要具有高能量和高輸出性能的電容器的技術(shù)領(lǐng)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯鋰離子電容器，其包括: 部分或全部由石墨烯材料形成的陽極和陰極； 鋰犧牲電極，其與所述陰極電連接以向所述陰極提供預(yù)摻雜的鋰離子； 位于所述陽極和所述陰極之間的分離膜；和 以離解為離子的狀態(tài)與所述陽極和所述陰極結(jié)合的電解質(zhì)，以在所述陽極和所述陰極之間流過電流， 其中，所述陰極由多層結(jié)構(gòu)形成以將由所述鋰犧牲電極提供的鋰離子吸附至其表面，并容納插入在石墨烯層之間的鋰離子，并且所述表面和所述多層結(jié)構(gòu)的至少一部分通過與所述鋰離子反應(yīng)而由鋰碳化物形成。2.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述陰極通過層疊2?500層的所述石墨烯層形成，以形成所述多層結(jié)構(gòu)。3.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述陰極由其中所述石墨烯材料與異質(zhì)材料混合的復(fù)合材料形成，并且 所述異質(zhì)材料是選自由以下材料組成的組中的至少一種: a)與鋰離子反應(yīng)形成鋰金屬合金的金屬材料； b)與鋰離子反應(yīng)形成鋰金屬氧化物的金屬氧化物； c)與鋰離子反應(yīng)形成鋰硫化物的硫化物；和 d)與鋰離子反應(yīng)形成鋰氮化物的氮化物。4.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述鋰犧牲電極與所述陰極的所述石墨烯材料電連接以形成原電池，并且通過電化學(xué)反應(yīng)離解為鋰離子，以向所述陰極提供預(yù)摻雜的鋰離子。5.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述鋰犧牲電極與所述陰極的所述石墨烯材料電連接，并且通過外部施加的電壓和電流而離解為鋰離子，以向所述陰極提供預(yù)摻雜的鋰離子。6.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述鋰犧牲電極通過相比于所述電容器的其他區(qū)域在所述鋰犧牲電極局部形成的高溫環(huán)境而離解為鋰離子，以向所述陰極提供預(yù)摻雜的鋰離子。7.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述鋰犧牲電極借助注入所述電容器的增溶劑而離解為鋰離子，以向所述陰極提供預(yù)摻雜的鋰離子， 其中，所述增溶劑由向鋰離子提供電子的有機(jī)分子構(gòu)成。8.如權(quán)利要求7所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述增溶劑是選自由以下化合物組成的組中的單分子化合物或其組合: a)包含C、N、O、S1、P或S異質(zhì)元素的5元或6元單環(huán)化合物； b)環(huán)中的至少兩個(gè)環(huán)彼此連接的多環(huán)化合物；和 c)環(huán)中的至少兩個(gè)環(huán)共用至少一個(gè)元素的多環(huán)化合物。9.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述陽極由比表面積為100m2/g以上的石墨稀材料形成。10.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述陽極的至少一部分以起皺或折皺的形式形成，以防止比表面積由于所述石墨烯層的再層疊而降低。11.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述陽極包括在所述石墨烯層之間插入的間隔物以防止比表面積由于所述石墨烯層的再層疊而降低，并且 所述間隔物由碳材料形成，以保持所述陽極的導(dǎo)電性同時(shí)防止所述石墨烯層再層疊。12.如權(quán)利要求11所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述間隔物是選自由碳納米管、碳納米纖維和炭黑組成的組中的至少一種。13.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述陽極經(jīng)暴露于氧、二氧化碳或蒸汽的過程形成，以進(jìn)一步包含增大所述石墨烯的比表面積的孔。14.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述陽極經(jīng)與酸、堿和金屬鹽的任一種進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)形成，以進(jìn)一步包含增大石墨烯的比表面積的孔，并且所述酸、堿和金屬鹽包括 H3PO4' KOH、NaOH, K2CO3' Na2C03、ZnCl2' AlCl3和 MgCl 2。15.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述陽極通過使用異質(zhì)材料摻雜石墨烯而形成，以改善與離解進(jìn)入所述電解質(zhì)的離子的反應(yīng)性，并且 所述異質(zhì)材料是選自由氮、硫、氧、硅和硼組成的組中的至少一種。16.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述陽極由其中所述石墨烯材料與異質(zhì)材料混合的復(fù)合材料形成，以由于與離解進(jìn)入所述電解質(zhì)的離子的氧化還原反應(yīng)而改善比電容，并且 所述異質(zhì)材料是選自由金屬氧化物、硫化物、氮化物、MPO4 (此處M為過渡金屬)和硫?qū)僭夭牧辖M成的組中的至少一種。17.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述陽極和所述陰極中的至少一個(gè)包含: 被形成為使石墨烯層彼此附著的粘合劑；和 被形成為限制由所述粘合劑所致的導(dǎo)電性損失的導(dǎo)電材料。18.如權(quán)利要求17所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述粘合劑包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇(PVA)和苯乙烯-丁二烯(SBR)。19.如權(quán)利要求17所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述導(dǎo)電材料可以包括炭黑和氣相生長(zhǎng)的碳纖維(VGCF)。20.如權(quán)利要求17所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述陽極和所述陰極中的至少一個(gè)包含所述粘合劑和所述導(dǎo)電材料，其通過以漿體形式混合所述石墨烯材料、所述粘合劑和所述導(dǎo)電材料并使用所述漿體涂布集電體而形成。21.如權(quán)利要求17所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述陽極和所述陰極中的至少一個(gè)包含所述粘合劑和所述導(dǎo)電材料，其通過混合所述石墨烯材料、所述粘合劑和所述導(dǎo)電材料形成膏狀捏合片并將所述膏狀捏合片附著至集電體而形成。22.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述電解質(zhì)通過將鋰鹽溶解在有機(jī)溶劑中而形成。23.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述電解質(zhì)通過將鋰鹽溶解在離子液體中而形成。24.如權(quán)利要求1所述的石墨烯鋰離子電容器，其中，所述陽極和所述陰極的重量比是.0.5 ?5ο
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種石墨烯鋰離子電容器，其包括由石墨烯材料形成并預(yù)摻雜有鋰離子的電極。所述石墨烯鋰離子電容器包括：至少部分由石墨烯材料形成的陽極和陰極；與陰極電連接以向陰極提供預(yù)摻雜的鋰離子的鋰犧牲電極；位于陽極和陰極之間的分離膜；和與陽極和陰極結(jié)合的電解質(zhì)，當(dāng)其離解為離子時(shí)能夠在所述陽極和所述陰極之間流過電流，其中，陰極將由鋰犧牲電極提供的鋰離子吸附至其表面，并由多層結(jié)構(gòu)形成以容納插入在石墨烯層之間的鋰離子，并且所述表面和所述多層結(jié)構(gòu)的至少一部分通過與所述鋰離子反應(yīng)而由鋰碳化物形成。
【IPC分類】H01G11/32
【公開號(hào)】CN104981885
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480007959
【發(fā)明人】徐勛, 樸起勛, 金光憲, 金一煥, 楊光錫, 李栽錫
【申請(qǐng)人】Lg電子株式會(huì)社
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2014年2月7日
【公告號(hào)】EP2958122A1, WO2014123385A1