[发明专利]应用于提高锂聚合物电池的离子导电性的石墨烯催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及碳材料技术领域，特别涉及应用于提高锂聚合物电池的离子导电性的石墨烯催化剂。

背景技术

石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。

作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为"黑金"，是"新材料之王"，科学家甚至预言石墨烯将"彻底改变21世纪"。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

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。

本发明提供了应用于提高锂聚合物电池的离子导电性的石墨烯催化剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供了应用于提高锂聚合物电池的离子导电性的石墨烯催化剂。

为解决上述技术问题，本发明提供了应用于提高锂聚合物电池的离子导电性的石墨烯催化剂，包括以下步骤：

（1）选材:包括以下重量份的组分组成：石墨烯10重量份、二元胺POSS 3-5重量份、八苯基POSS 5-7重量份、浓硫酸20-24重量份、聚甘油脂肪酸酯8-12重量份、硝酸钠1-3重量份、二甲基乙酰胺4-8重量份、四甲基氢氧化铵1-5重量份、聚合硫酸铝1-3重量份、高锰酸钾2-4重量份、铝酸钴3-5重量份、去离子水35-45重量份、5%的双氧水10-15重量份、无水乙醇32-36重量份、二氯二茂钛6-8重量份；

（2）二元胺POSS 的制备：依次向500mL的三口烧瓶中加入220mL甲苯、12mL去离子水和3gTEAOH,磁力搅拌60min，然后逐滴加入6mLAPS与14mLPTES的混合液，加热回流48h后得到透明液体，继续加热50min挥发甲苯，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产物二元胺POSS；

（3）八苯基POSS的制备：a、将500mL有机溶剂甲苯和500mL去离子水的混合溶液加入反应器中，调节温度至-5℃，再加入30g苯基三甲氧基硅烷搅拌均匀后进行水解反应65-75min后静置，静置后用分液漏斗将反应器下层的水层分离掉，再对其有机相进行洗涤和干燥，得前驱水解产物 ；

b、将前驱水解产物加入原反应容器中，再向其中加入12g四乙基氢氧化铵，于100-120℃下回流反应24-26h 后，即有大量白色沉淀物析出；然后对沉淀物进行过滤、洗涤、烘干得产物八苯基POSS；