[發明專利]一種功能化氧化石墨烯改性復合凝膠電解質及其制備方法

無效

• 申請號: 201210387782.X
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN102881940A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 馬曉燕;宋穎;惠昱晨
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種功能化氧化石墨烯改性復合凝膠電解質及其制備方法，是一種功能化氧化石墨烯的制備方法及一種以其為改性劑的凝膠聚合物電解質的制備方法。

背景技術

石墨烯及其衍生物是一類新型的碳納米材料。它們具有獨特的電學性能，在鋰離子電池這一領域具有極大的應用價值。氧化石墨烯（GO）是石墨烯的衍生物，表面含有多種氧化基團，在水等強極性溶劑中的分散性優良，但是在極性較低的有機介質中的分散性較差，且其熱穩定性較低，限制了其在聚合物凝膠電解質等有機體系中的應用。為了充分發揮其優良性質，必需對其進行功能化。

十二烷基二甲基芐基氯化銨（1227）是一種季銨鹽。它曾作為有機插層劑對層狀硅酸鹽粘土進行改性，獲得了剝離效果良好的改性納米粘土。本專利采用1227對氧化石墨烯進行表面非共價功能化，利用GO表面未被氧化的sp²雜化碳原子所形成的離域π鍵及GO邊緣的羧基與1227陽離子之間的靜電作用，使GO完全剝離，并改善其熱穩定性和在有機介質中的分散性，為其在有機改性體系領域中的應用奠定基礎。

凝膠聚合物電解質（GPE）是由聚合物、增塑劑與溶劑通過互溶方法形成的具有適宜微觀結構的聚合物網絡，利用固定在微觀結構中的液態電解質離子實現離子傳導。它具有固態聚合物的穩定性，可塑性和干態特點，又具有液態電解質的高離子導電性。以甲基丙烯酸酯類均聚物或共聚物為聚合物基體的GPE是其中的一種。但是這種GPE的離子電導率比較低。像其中加入經過1227功能化的氧化石墨烯（GO-1227）可以明顯提高其離子電導率。使其成為一種性能優異的鋰離子電池電解質。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種功能化氧化石墨烯改性復合凝膠電解質及其制備方法，制成的GO-1227改性的甲基丙烯酸酯類均聚物或共聚物基的凝膠聚合物電解質，能滿足作為鋰離子電池電解質對離子電導率的要求。

技術方案

一種功能化氧化石墨烯改性復合凝膠電解質，其特征在于原料組份為：功能化氧化石墨烯1個重量份、聚合物為300~1000個重量份，LiClO₄的碳酸丙烯酯溶液為450~1500重量份；所述的功能化氧化石墨烯由氧化石墨烯與十二烷基二甲基芐基氯化銨按1:1重量份，按照改進的Hummers法制備而成的。

所述的聚合物為甲基丙烯酸酯類均聚物或共聚物；其中甲基丙烯酸酯類均聚物或共聚物的分子量為1萬~5萬。

所述的甲基丙烯酸酯類均聚物為甲基丙烯酸乙酯均聚物或甲基丙烯酸甲酯均聚物。

所述的共聚物為甲基丙烯酸與苯乙烯的嵌段共聚物，嵌段共聚物的嵌段比為1:1~1:1.5。

所述的LiClO4的碳酸丙烯酯溶液的濃度為0.8~1.6mol/L。

一種制備所述的功能化氧化石墨烯改性復合凝膠電解質的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1功能化氧化石墨烯的制備：將用改進的Hummers法制得的氧化石墨烯1份與水配成懸浮液，其中氧化石墨烯在懸浮液中的濃度為0.3~1.0mg/ml；超聲分散30~60分鐘；

再加入1份溶液濃度為30%~40%的十二烷基二甲基芐基氯化銨的水溶液，在25℃~30℃下攪拌20~30分鐘；然后進行過濾，洗滌至無氯離子存在；在30℃~40℃的烘箱中烘干，得到功能化氧化石墨烯固體；

步驟2聚合物的制備：使用原子轉移自由基聚合法制備聚合物其中均聚物或共聚物的分子量在1萬到5萬；

步驟3功能化氧化石墨烯改性復合凝膠電解質的制備：將功能化氧化石墨烯1份均勻分散于450~1500重量份，濃度為0.8~1.6mol/L的LiClO4的碳酸丙烯酯溶液中；將300份到1000份聚合物與四氫呋喃混合得到混合溶液；然后將上述兩種溶液混合，25℃~30℃下攪拌20~30分鐘，溶劑自然揮發后得到功能化氧化石墨烯改性復合凝膠電解質。

有益效果

本發明提出的一種氧化石墨烯改性復合凝膠電解質及其制備方法，加入季銨鹽是改善氧化石墨烯在有機溶劑中分散性最簡單的方法，在電解質溶液中加入季銨鹽功能化氧化石墨烯制備納米復合凝膠電解質，進一步提高電性能。本發明的季銨鹽功能化氧化石墨烯改性復合凝膠型電解質能滿足作為鋰離子電池電解質對離子電導率的要求。

附圖說明

圖1：為本發明的功能化氧化石墨烯的結構示意圖；

圖2：為本發明的功能化氧化石墨烯改性復合凝膠電解質的制備工藝流程；