[發(fā)明專利]三相功能性石墨烯凝膠電解質(zhì)及其合成工藝

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810076297.8
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108321430A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁思敬;司徒若祺;余朗生
• 申請（專利權(quán)）人: 天元羲王控股有限公司
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056
• 代理公司: 深圳市神州聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44324
• 代理人: 周松強

本發(fā)明公開一種三相功能性石墨烯凝膠電解質(zhì)及其合成工藝，該電解質(zhì)包括石墨烯材料；水性聚氨酯材料；螯合劑；以及硼砂。石墨烯加入了水性聚氨酯材料液體之后達到均衡分散，螯合劑的加入把石墨烯和水性聚氨酯材料的分子牢固地鏈接起來，保持穩(wěn)定狀態(tài)。再加入硼砂，增加水性聚氨酯材料黏稠度和達到凝膠狀態(tài)。三相功能性石墨烯凝膠電解質(zhì)具有凝膠的流質(zhì)膠特性，同時和石墨烯的結(jié)合，帶有良好的導(dǎo)電和離子交換效能，達到電解質(zhì)的功能。凝膠的流質(zhì)粘性可以增強與電池的正負極材料表面接觸，特別適合配合粗糙接觸面。在大功率電池應(yīng)用中，石墨烯的高傳熱性也會讓電池的整體散熱效能大大提高，減少電池過熱問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三相功能性石墨烯凝膠電解質(zhì)及其合成工藝。

背景技術(shù)

石墨烯的應(yīng)用已是全世界的關(guān)注，然而對于石墨烯的研究，還在起步階段。石墨烯是非常有特質(zhì)的二維新型材料，然而這新型材料的應(yīng)用上主要在材料添加上居多，要發(fā)展更深層和帶功能性方向的材料才是科技進步的方向，這就要求必須在原料上制造出帶功能特性的材料。原有石墨烯制造出來的材料叫N 型石墨烯，意思是說，現(xiàn)在的石墨烯材料作為添加用途的材料是沒有帶自主特性的、和本身沒帶離子的石墨烯叫N 型石墨烯，N的意義指：不帶離子特性的石墨烯 non-ionic graphene 或中性石墨烯 neutral graphene 。我們有必要在添加離子生產(chǎn)上做工作，做出不一樣的和帶功能性的石墨烯，這也是是未來必要的研究課題和應(yīng)用課題。

在石墨烯作產(chǎn)品的應(yīng)用方面主要是以添加劑為主，但是，石墨烯本身帶離子的功能性應(yīng)用并不多。為了普及使用石墨烯帶功能特性方面的應(yīng)用，鑲嵌離子技術(shù)就是今后的必然發(fā)展方向。

凝膠在市面上流行了非常長時間，然而凝膠用品只在顏色、花紋設(shè)計或型態(tài)上存在差別，實際上沒有什么根本性和功能性變化。我們發(fā)現(xiàn)，石墨烯添加在凝膠上，讓凝膠更具功能性應(yīng)用。例如：凝膠石墨烯材料可幫助散熱、可增加醫(yī)療和理療上的用途、可達到電解質(zhì)的性質(zhì)應(yīng)用在電池里面、可應(yīng)用在電子降諧波上或濾波組件、甚至未來應(yīng)用于濾波IC上，能夠讓凝膠的功能得到很大的改善。

凝膠電解質(zhì)，即在聚合物里加人含有基礎(chǔ)電解質(zhì)的少量的溶劑構(gòu)成的凝膠電解質(zhì)等聚合物材料用作離子交換的特性。一般凝膠電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率一般在10-3S/cm數(shù)量級，適當(dāng)?shù)恼{(diào)配可以達到于電池電極的界面穩(wěn)定性和循環(huán)性能更好，也有凝膠電解質(zhì)配方是專注促進鋰鹽更充分的溶解，增加載流子濃度。提出添加石墨烯或功能性石墨烯于凝膠電解質(zhì)是目前的研究熱點，是凝膠電解質(zhì)的發(fā)展趨勢。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種具有凝膠之流質(zhì)膠特性，同時和石墨烯之結(jié)合，也帶出了良好的導(dǎo)電和離子交換之效能，達到電解質(zhì)功能的三相功能性石墨烯凝膠電解質(zhì)及其合成工藝。

為了達到上述目的，本發(fā)明一種三相功能性石墨烯凝膠電解質(zhì)，包括以下成分：鑲嵌有三種不同離子的三晶格式石墨烯材料、水性聚氨酯材料、螯合劑以及硼砂；三晶格式的石墨烯材料的構(gòu)造為三晶格處于同一平面上，且兩晶格在上另一晶格在下或一晶格在上另兩晶格在下的分子結(jié)構(gòu)，由于所有物質(zhì)的電子相位的特性，同樣的物質(zhì)在反應(yīng)過程中都有同相排斥現(xiàn)象，不同的物質(zhì)在反應(yīng)過程中有異相相吸引現(xiàn)象，利用石墨烯晶格為載體，在三個晶格內(nèi)裝入不同鑲嵌離子，相位不同的鑲嵌離子在三晶格上依次排布形成穩(wěn)定的分子團結(jié)構(gòu)。

其中，三個晶格內(nèi)裝入的鑲嵌離子包括：金離子、銀離子、鉑離子、銅離子、鐵離子以及稀土離子，且石墨烯材料的石墨烯基材為四層以下的2D石墨烯材料。

其中，所述水性聚氨酯材料為聚亞安酯。

其中，所述螯合劑為乙二胺四乙酸或吡嗪四羧酸二酐。

本發(fā)明一種三相功能性石墨烯凝膠電解質(zhì)的合成工藝，包括以下合成步驟：