[发明专利]磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质，其特征在于包括含磺酸基的磺化石墨烯金属盐和与所述磺化石墨烯金属盐通过共价键结合的含羟基的固态聚合物电解质，所述磺化石墨烯金属盐主要由磺化石墨烯和通过离子键结合于磺化石墨烯表面的金属化合物组成，所述磺化石墨烯的径向尺寸为0.05μm～100μm，厚度为0.5nm～20nm，其中磺酸基的含量以碳硫的摩尔比表示为12:1～3:1。

2.一种磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于包括：

S1、将磺化石墨烯均匀分散于有机溶剂中，形成浓度为0.1500g/L～500g/L的磺化石墨烯溶液；

S2、在惰性气氛中向所述磺化石墨烯溶液中加入金属化合物，并在室温下搅拌反应1h～6h，获得包含含磺酸基的磺化石墨烯金属盐的磺化石墨烯金属盐溶液；

S3、向所述磺化石墨烯金属盐溶液中加入含羟基的固态聚合物电解质，并在40℃～85℃搅拌反应1h～24h，使磺化石墨烯金属盐所含的磺酸基与固态聚合物电解质所含的羟基反应结合，获得磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质溶液；

S4、对所述磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质溶液进行干燥处理，获得所述磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质。

3.根据权利要求2所述磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，步骤S4包括：将所述磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质溶液在85℃～200℃烘干，获得所述磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质。

4.根据权利要求2所述磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括二甲基亚砜，二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，碳酸甲乙酯中的任意一种或者两种以上的组合。

5.根据权利要求2所述磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，所述金属化合物包括氧化锂和/或氢氧化锂，氧化钠和/或氢氧化钠，氧化钾和/或氢氧化钾，氧化镁和/或氢氧化镁，氧化钙和/或氢氧化钙，氧化铝和/或氢氧化铝中的任意一种或两种以上的组合。

6.根据权利要求2或5所述磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述金属化合物于磺化石墨烯溶液中的添加量为0.3g/L～30g/L。

7.根据权利要求2所述磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于所述磺化石墨烯的径向尺寸为0.05μm～100μm，厚度为0.5nm～20nm，其中磺酸基的含量以碳硫的 摩尔比表示为12:1～3:1。

8.根据权利要求2所述磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于所述磺化石墨烯中磺酸根与所述金属化合物中金属元素的摩尔比为1:1～5:1。

9.根据权利要求2所述磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，所述固态聚合物电解质至少选自多羟基类聚合物，所述多羟基类聚合物包括聚乙烯醇，聚乙二醇，聚丙三醇，聚乙烯吡咯烷酮，纤维素，壳聚糖，环糊精中的任意一种或者两种以上的组合。

10.根据权利要求2或9所述磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述固态聚合物电解质于磺化石墨烯金属盐溶液中的添加量为1g/L～100g/L。

11.根据权利要求2所述磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，所述磺化石墨烯中磺酸根与所述固态聚合物电解质中羟基的摩尔比为5:1～25:1。

12.由权利要求2-11中任一项所述方法制备的磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质，其离子电导率达到10²S/cm数量级，电化学窗口为5.4V～6.2V。

13.权利要求1或12所述磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质于制备电化学和/或物理储能装置中的应用。

14.一种电化学和/或物理储能装置，其特征在于包含权利要求1或12所述磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质，所述电化学和/或物理储能装置包括电容器或电池，所述电容器包括电解电容器或超级电容器，所述电池包括锂离子电池，钠离子电池，钾离子电池，镁离子电池，钙离子电池，铝离子电池或燃料电池。

15.一种电池，包括正、负极片以及置于正极片与负极片之间的隔膜，其特征在于还包含权利要求1或12所述的磺化石墨烯金属盐固态聚合物电解质，所述电池包括锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、镁离子电池、钙离子电池或铝离子电池。