一种石墨烯有机功能化改性方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯有机功能化改性的方法及应用，所述方法包括如下步骤：S1、采用强氧化剂氧化石墨粉末，然后通过超声波处理，得到氧化石墨烯；S2、对所述氧化石墨烯进行共价键功能化处理；S3、对功能化处理后的氧化石墨烯进行不同程度的还原处理，得到不同类型的有机化改性石墨烯。本发明专利技术利用了石墨烯的高电导率与结构上的稳定性，可制得基于石墨烯的全固态和凝胶态聚合物电解质，并进一步得到石墨烯聚合物锂离子电池，所得电池可广泛应用于手机、电脑等电子产品，汽车、电动自行车等交通工具，还可用于要求能量密度高、循环寿命长、体积小的航空航天领域等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于聚合物锂离子电池领域，具体地说涉及一种所述的石墨烯有机功能化 改性方法得及其在聚合物电解质中的应用。
技术介绍
金属锂在所有金属中最轻，氧化还原电位最低，质量能量密度最大，从上个世纪60 年代起锂电池逐渐成为了石油的替代能源之一。随着社会的发展，对环保低碳、绿色能源的 要求越来越高，锂离子电池在短短的几十年得到了迅速的发展，并经历了不同的发展阶段， 由初期的锂原电池发展到二次充电的锂二次电池，再进一步发展为聚合物锂离子电池；其 中聚合物锂离子电池除了拥有锂离子电池的特点外，还具有以下优点：外型灵活性，可以制 成各种形状的电池和超薄型电池；高安全可靠性，不易燃烧，没有液体的泄漏；具有更长的 使用寿命，容量损失小；体积利用率高，比液体锂电池要高10-20%;不需要串联就可以做成 大电池；不必使用传统的隔膜材料；更易大规模工业化生产且应用领域更广。 现有的聚合物锂离子电池的电解质的种类很多，按照主体成分可以分为：聚醚系 (主要为聚氧化乙烯PEO)、聚丙烯腈系（PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯系（PMMA)，按照有无溶剂 可以分为不含溶剂的全固态聚合物电解质（Solid polymer Electrolyte，简称为SPE)和含 有有机增塑剂的凝胶型聚合物电解质（Gel Polymer Electrolyte，简称为GPE)，上述聚合 物电解质中各自存在不同的缺点，如：基于PEO、PAN、PMM的SPE虽然改善了漏液和体积变 化等缺陷，但是电导率不高；而基于PE0、PMMA的GPE机械强度不高，PAN因-CN基与金属锂 相容性差、与锂电极界面钝化现象严重也限制了其应用。可见，基于上述有机主体成分的聚 合物电解质各有不同的缺陷，影响了使用价值，因此开发新的全固态聚合物电解质是现阶 段的研宄重点。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于现有聚合物电解质存在电导率不高、机械 强度不足、有机基团与金属锂相容性差，使用价值受到影响，从而提出一种高电导率、高电 容量、使用范围更广的新型聚合物电解质组份的功能化改性方法及其应用。 为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为： 本专利技术提供了一种石墨烯有机功能化改性方法，其包括如下步骤： S1、采用强氧化剂氧化石墨粉末，得到氧化石墨烯； S2、对所述氧化石墨烯进行共价键功能化处理； S3、对功能化处理后的氧化石墨烯进行不同程度的还原处理，得到不同类型的有 机化改性石墨烯。 进一步地，所述步骤Sl中的所述强氧化剂为&504、圆03、!1(：1、疆11〇 4、!1202中的一种 或几种。 进一步地，所述步骤S2中，所述功能化处理过程中的功能化剂为二元胺或二元 醇。 更进一步地，所述二元胺为乙二胺、丁二胺、己二胺、二环己基碳二亚胺中的一种 或几种；所述二元醇为乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇中的一种或几种。 进一步地，所述步骤S3中，所述还原处理过程中的还原剂为H2iN2H 4 · H2CKNaBH4* 的一种或几种。 进一步地，所述步骤Sl中氧化石墨之前，还包括将所述石墨粉末与无水硝酸钠混 合的步骤。 进一步地，所述步骤Sl中氧化石墨烯后还包括用体积浓度为3% -5%的H2O2还 原过量KMnO4和由KMnO 4得到的MnSO 4的步骤。 进一步地，功能化处理之前还包括将所述氧化石墨烯溶解于溶剂NMP的步骤。 本专利技术还提供了采用所述的有机功能化改性方法得到的改性石墨烯在全固态聚 合物电解质中的应用。 本专利技术还提供了采用所述的有机功能化改性方法得到的改性石墨烯在凝胶态聚 合物电解质中的应用。 本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点： 本法明提供的石墨烯有机功能化改性方法，利用了石墨烯结构稳定，各碳原子之 间的连接又非常柔软，不会出现碳原子缺失的现象的特点，当施加外力时，碳原子就弯曲变 形，不必重新排列来适应外力，这种稳定的晶格结构使碳原子具有优异的导电性，石墨烯中 的电子在轨道中移动时，不会因晶格的缺陷或引入外来原子而发生散射，由于原子间作用 力非常强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中的电子受到的干扰非常小，同时 电子的运动速度可达到光速的1/300,远远超过在一般导体中的运动速度，这使得石墨烯具 有超导电的特性。石墨烯二维网状结构还具有超大的比表面积，可以吸附和脱附各种原子 和分子，这些性质使石墨烯能通过化学和物理方法和离子导电材料相结合，达到理想的高 电导率。改性后的石墨烯可以更好的与其它高分子材料复合，得到同时具备良好机械性能 和高导电性能的全固态或凝胶态聚合物电解质，并可进一步制得基于改性石墨烯聚合物电 解质的锂离子电池，所得电池可广泛应用于手机、电脑等电子产品，汽车、电动自行车等交 通工具，还可用于要求能量密度高、循环寿命长、体积小的航空航天领域等。【具体实施方式】 为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例，对本 专利技术作进一步详细的说明。 实施例1 本实施例提供一种改性石墨烯，其由如下步骤制备得到： S1、采用经典的Hunmers法，在500ml带搅拌、温度计的四口烧瓶中，将IOg石墨粉 和4g无水硝酸钠混合加入100mL的浓H2SO4*，并在冰浴条件下搅拌0. 5h，在强力搅拌下， 加入IOgKMnO4，在0°C下反应4h，并用体积浓度为3%的H2O2还原过量的KMnO 4和部分KMnO 4还原得到的MnO2，使二者变成无色可溶的MnSO4，最终得到亮黄色的悬浮液，将所述悬浮液 过滤、洗涤并真空脱水，得到氧化石墨烯； S2、向200g的NMP中加入IOg所述氧化石墨稀，超声处理2h，在氧化石墨稀的NMP 溶液中加入Ig乙二胺，并在80°c下搅拌反应4h，得到功能化的氧化石墨烯； S3、向所述功能化的氧化石墨稀中加入IOg N2H4 ·Η20还原剂，升温至90°C，还原反 应4h，过滤，洗绦沉淀物，得到氨基化改性石墨稀。 所述改性石墨烯制备过程的反应式如下： 实施例2 Sl、采用经典的Hunmers法，在500ml带搅拌、温度计的四口烧瓶中，将15g石墨粉 和8g无水硝酸钠混合加入150ml的浓!1腸3中，并在冰浴条件下搅拌lh，在强力搅拌下，加入 12gKMn04，在2°C下反应5h，并用体积浓度为4%的H2O2还原过量的KMnO 4和部分KMnO 4还原 得到的MnO2，使二者变成无色可溶的MnSO4，最终得到亮黄色的悬浮液，将所述悬浮液过滤、 洗涤并真空脱水，得到氧化石墨烯； S2、向300g的NMP中加入13g所述氧化石墨稀，超声处理2. 5h，在氧化石墨稀的 NMP溶液中加入Ig己二胺、Ig二环己基碳二亚胺，并在85°C下搅拌反应4. 5h，得到功能化 的氧化石墨條； S3、再通入还原剂H2，升温至95°C，还原反应5h，过滤，洗涤沉淀物，得到氨基化改 性石墨烯。 所述改性石墨烯制备过程的反应式如下： 实施例3 Sl、采用经典的Hunmers法，在500ml带搅拌、温度计的四口烧瓶中，将20g石墨粉 和IOg无水硝酸钠混合加入250ml的浓HCl中，并在冰浴条件下搅拌2h，在强力搅拌下，加 入15gKMn04，在2°C下反应5h，并用体积浓度为5 %的H2O2还原过量的KMnO 4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯有机功能化改性方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1、采用强氧化剂氧化石墨粉末，通过超声波处理得到氧化石墨烯；S2、对所述氧化石墨烯进行共价键功能化处理；S3、对功能化处理后的氧化石墨烯进行不同程度的还原处理，得到不同类型的有机化改性石墨烯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许家琳，杨仕明，许贻东，
申请(专利权)人：深圳高远通新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44