[发明专利]石墨烯催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂，特别是石墨烯催化剂。

背景技术

从1859年普莱得试制成功化成式铅酸蓄电池以后，化学电源进人了萌芽状态。在 100多年的发展过程中，新系列的化学电源不断出现，化学电源的性能得到不断改善。特别 是二次世界大战以后，化学电源的发展更加迅速。后来产生了Cd-Ni电池，20世纪80年代产 生了MH-Ni电池，经过近20年的探索，终于在20世纪90年代初研制出锂离子电池和锂聚合物 电池，它们的发展也到了即将商品化的阶段，目前，锂离子电池以其高比能密度和使用寿命 长而受到重视，发展迅速，美国、日本和台湾等国家和地区也重点发展锂聚合物电池。锂聚 合物电池发展迅猛，正在逐步取代镉镍和氢镍电池，采用聚合物作电极和电解质材料的研 究开发尤为引人注目。但是，目前的锂聚合物电池的离子导电性和机械强度较差，制造工艺 复杂，电池体积较大，电池容量不够，由于正极活性物质和负极活性物质容易脱落，长时间 使用后离子电导率和电化学稳定性差，隔离膜的强度以及稳定性也会随着电池的使用而变 化，很容易导致锂聚合物电池在长时间使用后老化，充放电的寿命受到很大的限制。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种应用于锂聚合物电池中， 有效提高电池的容量和工作平台的石墨烯催化剂。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的石墨烯催化剂，通过以下步骤制备而成：

步骤一：称取一份γ-巯丙基三甲氧基硅烷，取适量无水乙醇作为溶剂，搅拌均匀，按照 γ-巯丙基三甲氧基硅烷：苯基三乙氧基硅烷摩尔比1:1向溶液中加入苯基三乙氧基硅烷， 搅拌均匀后，按照γ-巯丙基三甲氧基硅烷：四乙基氢氧化铵摩尔比1:1.2向溶液中加入四 乙基氢氧化铵，加热回流反应48h，自然冷却至常温，通过旋转蒸发仪将溶剂蒸出，得到石灰 乳状产物，用四氢呋喃与甲醇的混合溶液洗涤产物，真空条件下冻干得到二元胺POSS；

步骤二：称取一份石墨粉，在冰浴的条件下加入适量浓硫酸作为溶剂，搅拌，控制反应 温度低于20℃的条件下，按照石墨粉：硝酸钠：高锰酸钾质量比1:0.5:3向溶液中缓慢加入 硝酸钠和高锰酸钾，搅拌10min；将温度升至35℃，搅拌反应3h，按照浓硫酸：去离子水体积 比1:0.2向溶液中加入去离子水，升温至98℃，搅拌30min，再按照浓硫酸：去离子水体积比 1:0.5加入去离子水，停止反应，按照石墨粉：双氧水摩尔比1:0.2向溶液中加入5%的双氧 水，趁热离心，分别用适量5%稀盐酸和蒸馏水洗涤，制得氧化石墨烯；

步骤三：称取一份氧化石墨烯用超声波分散于适量的无水乙醇中，搅拌均匀后，按照氧 化石墨烯：二元胺POSS摩尔比1:12向溶液中加入二元胺POSS，按照氧化石墨烯：二氯二茂钛 摩尔比1:0.5向溶液中加入二氯二茂钛，室温搅拌30min后，将溶液转移至反应釜中，通入氩 气作为保护气密封，在210℃反应36h，停止反应，将产物过滤后，用蒸馏水洗涤，再在真空度 为0.98的条件下冻干，得到低聚笼形倍半硅氧烷-石墨烯。

本发明的石墨烯催化剂，所述催化剂在锂聚合物电池中的应用。

由于采用了上述技术方案，在电极上添加适量的该催化剂，能够在较宽的温度范 围内使电池的容量和工作平台得到提高，特别是在低温及大电流放电时，从而有效地避免 Li离子在电极钝化形成氧化物，延长电池的使用寿命，本发明使用的催化剂能够保证电池 在-50~60℃的范围内均能够正常工作。

本发明的石墨烯催化剂，所述锂聚合物电池包括设于电池外壳内部的正极片和负 极片，所述正极片与负极片之间设有隔离膜；所述正极片与隔离膜之间依次设有正极覆膜 和正极催化网，所述正极覆膜覆于正极片的表面，所述正极催化网覆于隔离膜的表面；所述 隔离膜与负极片之间依次设有负极催化网和负极覆膜，所述负极催化网覆于隔离膜的表 面，所述负极覆膜覆于负极片的表面；所述正极催化网的厚度为10μm，所述正极催化网负载 有正极催化剂，所述正极催化剂为Cr-二噻吩乙烯基四氮杂卟啉二维共轭聚合物，所述正极 催化网上正极催化剂的承载量为0.38mg/cm²；所述负极催化网的厚度为10μm，所述负极催 化网负载有负极催化剂，所述负极催化剂为低聚笼形倍半硅氧烷-石墨烯，所述负极催化网 上负极催化剂的承载量为0.71mg/cm²。