[发明专利]三相功能性石墨烯凝胶电解质及其合成工艺

说明书

本发明公开一种三相功能性石墨烯凝胶电解质及其合成工艺，该电解质包括石墨烯材料；水性聚氨酯材料；螯合剂；以及硼砂。石墨烯加入了水性聚氨酯材料液体之后达到均衡分散，螯合剂的加入把石墨烯和水性聚氨酯材料的分子牢固地链接起来，保持稳定状态。再加入硼砂，增加水性聚氨酯材料黏稠度和达到凝胶状态。三相功能性石墨烯凝胶电解质具有凝胶的流质胶特性，同时和石墨烯的结合，带有良好的导电和离子交换效能，达到电解质的功能。凝胶的流质粘性可以增强与电池的正负极材料表面接触，特别适合配合粗糙接触面。在大功率电池应用中，石墨烯的高传热性也会让电池的整体散热效能大大提高，减少电池过热问题。

技术领域

本发明涉及石墨烯应用的技术领域，尤其涉及一种三相功能性石墨烯凝胶电解质及其合成工艺。

背景技术

石墨烯的应用已是全世界的关注，然而对于石墨烯的研究，还在起步阶段。石墨烯是非常有特质的二维新型材料，然而这新型材料的应用上主要在材料添加上居多，要发展更深层和带功能性方向的材料才是科技进步的方向，这就要求必须在原料上制造出带功能特性的材料。原有石墨烯制造出来的材料叫N 型石墨烯，意思是说，现在的石墨烯材料作为添加用途的材料是没有带自主特性的、和本身没带离子的石墨烯叫N 型石墨烯，N的意义指：不带离子特性的石墨烯 non-ionic graphene 或中性石墨烯 neutral graphene 。我们有必要在添加离子生产上做工作，做出不一样的和带功能性的石墨烯，这也是是未来必要的研究课题和应用课题。

在石墨烯作产品的应用方面主要是以添加剂为主，但是，石墨烯本身带离子的功能性应用并不多。为了普及使用石墨烯带功能特性方面的应用，镶嵌离子技术就是今后的必然发展方向。

凝胶在市面上流行了非常长时间，然而凝胶用品只在颜色、花纹设计或型态上存在差别，实际上没有什么根本性和功能性变化。我们发现，石墨烯添加在凝胶上，让凝胶更具功能性应用。例如：凝胶石墨烯材料可帮助散热、可增加医疗和理疗上的用途、可达到电解质的性质应用在电池里面、可应用在电子降谐波上或滤波组件、甚至未来应用于滤波IC上，能够让凝胶的功能得到很大的改善。

凝胶电解质，即在聚合物里加人含有基础电解质的少量的溶剂构成的凝胶电解质等聚合物材料用作离子交换的特性。一般凝胶电解质的离子电导率一般在10-3S/cm数量级，适当的调配可以达到于电池电极的界面稳定性和循环性能更好，也有凝胶电解质配方是专注促进锂盐更充分的溶解，增加载流子浓度。提出添加石墨烯或功能性石墨烯于凝胶电解质是目前的研究热点，是凝胶电解质的发展趋势。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种具有凝胶之流质胶特性，同时和石墨烯之结合，也带出了良好的导电和离子交换之效能，达到电解质功能的三相功能性石墨烯凝胶电解质及其合成工艺。

为了达到上述目的，本发明一种三相功能性石墨烯凝胶电解质，包括以下成分：镶嵌有三种不同离子的三晶格式石墨烯材料、水性聚氨酯材料、螯合剂以及硼砂；三晶格式的石墨烯材料的构造为三晶格处于同一平面上，且两晶格在上另一晶格在下或一晶格在上另两晶格在下的分子结构，由于所有物质的电子相位的特性，同样的物质在反应过程中都有同相排斥现象，不同的物质在反应过程中有异相相吸引现象，利用石墨烯晶格为载体，在三个晶格内装入不同镶嵌离子，相位不同的镶嵌离子在三晶格上依次排布形成稳定的分子团结构。

其中，三个晶格内装入的镶嵌离子包括：金离子、银离子、铂离子、铜离子、铁离子以及稀土离子，且石墨烯材料的石墨烯基材为四层以下的2D石墨烯材料。

其中，所述水性聚氨酯材料为聚亚安酯。

其中，所述螯合剂为乙二胺四乙酸或吡嗪四羧酸二酐。

本发明一种三相功能性石墨烯凝胶电解质的合成工艺，包括以下合成步骤：