本发明专利技术公开了一种提高锂聚合物电池机械强度的石墨烯复合材料，通过以下步骤制备而成：（1）选材；（2）二元胺POSS 的制备；（3）氧化石墨烯的制备；（4）氧化石墨烯的还原；（5）石墨烯复合材料的制备。本发明专利技术能够有效提高锂聚合物电池机械强度，具有优良的超导电性能，力学性能和耐热性能等性能，长时间使用后离子电导率和电化学稳定性不会减弱，锂聚合物电池在长时间使用后不会老化，增加电池充放电的寿命。
A kind of graphene composite to improve the mechanical strength of lithium polymer batteries
The invention discloses a method for improving the mechanical strength of graphene composite lithium polymer battery, is prepared by the following steps: (1) material; (2) two yuan amine POSS preparation; (3) the graphene oxide was prepared; (4) the reduction of graphene oxide (5; Shi Moxi) the preparation of composite material. The invention can effectively improve the mechanical strength of the lithium polymer battery, has excellent electrical properties, mechanical properties and heat resistance properties, ionic conductivity and electrochemical stability will not be weakened after a long time, the lithium polymer battery not aging after use in a long time, increase the service life of the battery charge and discharge.
【技术实现步骤摘要】
一种提高锂聚合物电池机械强度的石墨烯复合材料
本专利技术涉及碳材料
，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。
技术介绍
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。本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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POSS11-13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；（4）氧化石墨烯的还原：将步骤（3）得到的氧化石墨烯与纳米锌粉末混合后，按照升温速率为15-20℃/min加热至温度为950-1050℃，恒温加入四甲基氢氧化铵保持24-26h，得到还原后的氧化石墨烯；（5）石墨烯复合材料的制备：a、将步骤（4）制得的还原后的氧化石墨烯氧化石墨烯和二元胺POSS混合后利用超声波分散于适量的无水乙醇中，搅拌均匀后，升温至50℃加入二氯二茂钛，搅拌25min后，将溶液转移至反应釜中，通入氩气作为保护气密封，在200℃反应48h，停止反应，将产物过滤后，用蒸馏水洗涤，在真空条件下冻干，得到石墨烯复合材料初品；b、石墨烯复合材料初品与步骤（1）中的剩余组分置于混合机中，控制温度为160-170℃，低速混合8-12min，然后升温至190-195℃，高速混合8-10min，得到混合料；将混合料置于烘干机中，烘干温度为105℃，烘干时间为2-2.6h，制得提高锂聚合物电池机械强度的石墨烯复合材料。进一步地，所述步骤（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POSS12重量份、合金钢2重量份、浓硫酸45重量份、苯烯腈-苯乙烯二元共聚物7重量份、双酚环氧树脂23重量份、碳化硅5重量份、硝酸钠20重量份、羟乙基纤维素6重量份、四甲基氢氧化铵5重量份、纳米氧化锌粉末5重量份、硫化氢7重量份、对苯二酚3重量份、去离子水60重量份、5%的双氧水35重量份、无水乙醇65重量份、二氯二茂钛11重量份。进一步地，所述步骤（1）中所述合金钢各组分的质量比为铁碳合金30%、铝10%、铜35%、镍25%；所述碳化硅各组分的质量比为石英砂55%、石油焦15%、莫桑石30%。本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种提高锂聚合物电池机械强度的石墨烯复合材料，能够有效提高锂聚合物电池机械强度，具有优良的超导电性能，力学性能和耐热性能等性能，长时间使用后离子电导率和电化学稳定性不会减弱，锂聚合物电池在长时间使用后不会老化，增加电池充放电的寿命。具体实施方式以下将结合实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，为节省说明书撰写篇幅，避免不必要的重复和浪费，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例1一种提高锂聚合物电池机械强度的石墨烯复合材料一种提高锂聚合物电池机械强度的石墨烯复合材料，包括以下重量份的组分组成：石墨烯50重量份、二元胺POSS11重量份、合金钢1重量份、浓硫酸35重量份、苯烯腈-苯乙烯二元共聚物4重量份、双酚环氧树脂20重量份、碳化硅4重量份、硝酸钠15重量份、羟乙基纤维素4重量份、四甲基氢氧化铵3重量份、纳米氧化锌粉末4重量份、硫化氢5重本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高锂聚合物电池机械强度的石墨烯复合材料，其特征在于，通过以下步骤制备而成：（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；（4）氧化石墨烯的还原：将步骤（3）得到的氧化石墨烯与纳米锌粉末混合后，按照升温速率为15‑20℃ /min加热至温度为950‑1050℃，恒温加入四甲基氢氧化铵保持24‑26h，得到还原后的氧化石墨烯；（5）石墨烯复合材料的制备：a、将步骤（4）制得的还原后的氧化石墨烯氧化石墨烯和二元胺POSS混合后利用超声波分散于适量的无水乙醇中，搅拌均匀后，升温至50℃加入二氯二茂钛，搅拌25min后，将溶液转移至反应釜中，通入氩气作为保护气密封，在200℃反应48h，停止反应，将产物过滤后，用蒸馏水洗涤，在真空条件下冻干，得到石墨烯复合材料初品；b、石墨烯复合材料初品与步骤（1）中的剩余组分置于混合机中，控制温度为160‑170℃，低速混合8‑12min，然后升温至190‑195℃，高速混合8‑10min，得到混合料；将混合料置于烘干机中，烘干温度为105℃，烘干时间为2‑2.6h，制得提高锂聚合物电池机械强度的石墨烯复合材料。...
【技术特征摘要】
1.一种提高锂聚合物电池机械强度的石墨烯复合材料，其特征在于，通过以下步骤制备而成：（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POSS11-13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；（4）氧化石墨烯的还原：将步骤（3）得到的氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈腊保，
申请(专利权)人：南京汉尔斯生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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