[发明专利]一种提高锂聚合物电池机械强度的石墨烯复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及碳材料技术领域，特别涉及一种提高锂聚合物电池机械强度的石墨烯复合材料。

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。

本发明提供了一种提高锂聚合物电池机械强度的石墨烯复合材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供了一种提高锂聚合物电池机械强度的石墨烯复合材料。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高锂聚合物电池机械强度的石墨烯复合材料，包括以下步骤：

（1）选材:包括以下重量份的组分组成：石墨烯50重量份、二元胺POSS 11-13重量份、合金钢1-3重量份、浓硫酸35-55重量份、苯烯腈-苯乙烯二元共聚物4-10重量份、双酚环氧树脂20-26重量份、碳化硅4-6重量份、硝酸钠15-25重量份、羟乙基纤维素4-8重量份、四甲基氢氧化铵3-7重量份、纳米氧化锌粉末4-6重量份、硫化氢5-9重量份、对苯二酚1-5重量份、去离子水55-65重量份、5%的双氧水30-40重量份、无水乙醇60-70重量份、二氯二茂钛10-12重量份；其中，所述合金钢包括铁碳合金、铝、铜和镍；所述碳化硅包括石英砂、石油焦和莫桑石；

（2）二元胺POSS 的制备：依次向500mL的三口烧瓶中加入500mL甲苯、75mL去离子水和8gTEAOH,磁力搅拌60min，然后逐滴加入15mLAPS与26mLPTES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）氧化石墨烯的制备：a、按照步骤（1）中各原料重量份称取石墨粉保持水浴温度为15-25℃的冰浴条件下加入浓硫酸作为溶剂，搅拌混合30-40min后依次缓慢加入硝酸钠、硫化氢，搅拌20-30min；升温至45-55℃，搅拌反应2-3h，然后升温至95℃加入去离子水和八苯基POSS，搅拌30-40min，停止反应，加入5%双氧水，趁热离心、分别用适量5%稀盐酸和蒸馏水洗涤，制得氧化石墨烯初品；

b、将上述步骤a制得的氧化石墨烯初品与以及碳化硅搅拌混合，进行吸附，制得氧化石墨烯；