對不起 志陽來晚了-#11.石墨烯鋰電池 PP 隔膜

2016-12-31

第一批用石墨烯與 PP 高分子做成隔膜試片發現機械性能提升有限。趕緊協調河南義馬某隔膜大廠再次提供 PP 塑料寄到台灣進行第二次混練，也很快得到善意地回應，唯一最大的問題是往返快遞時間花費太久。我想遲早在幾個項目確認合作後，在當地設立生產基地及研發中心才是徹底解決之道！

第二批在試製時改用氧化石墨烯，雖然本徵機械性較石墨烯差得多，但想到以官能基鍵結石墨烯與高分子應該是個好方法，這次就分別以 0.1╱0.5╱1.0wt% 來混練，其實以每克 0.8 元來計算 0.8*1wt% 根本增加不到成本，第一批改善率在抗拉強度不到 10%，甚至伸長率還變小，我認為第二批一定有更好的結果。

王正君 (2015) 指出當填料 GO 的質量分數為 0.1wt% 時，GO／PP 復材的拉伸強度和衝擊強度分別為 37.7 MPa 和 4.4 kJ／m，與基體 PP 相比分別提高了 17% 和 5.8%。昨天我收到客戶針對第二批 GO╱PP 復材針對機械性能的測試數據整理如後，顯示我們通過石墨烯再氧化的氧化石墨烯，比傳統氧化還原法的石墨烯在機械性表現更佳 (見表 1)。重點是我們的成本還更低。

這兩批客戶提供的 PP 塑料是大韓化油 H301f，熔融指數：2.8±0.4g╱10min、Tg=140±5℃、DSC 峰頂溫度 = 168±3℃。而 PP 加工條件為 220~230℃、模頭背壓 = 40kg。而第一批石墨烯╱PP 復材我們找專業混練母粒工廠代工，再送薄膜押出廠做成試片，但數據表現不佳。所以我實在懷疑 Kuilla (2010) 以平均片徑 1μm 石墨烯采熔融混合法，提升 PP 基材強度達 133% 的說法。我除了使用 20μm 與之不一樣外，其它都相同呀！圖 1是 2016╱8╱26 完成的第一批 GE╱PP 試片，表 2 是第一批的檢測數據。滲濾閾值為 0.5wt%。

有學者提出：片狀剛性石墨烯將高分子鏈限制住，使滑移變得困難，是模量增加的主因；但過多添加量造成無序分散於高分子，影響高分子鏈排列，反而使結晶度下降。那第二批除了改成氧化石墨烯外，我們嘗試 0.1╱0.5╱1.0wt% 試試。

第二批以氧化石墨烯做成的 GO╱PP 復材把我給搞死了！第一，我們在氧化石墨烯的製備方式比石墨烯還要複雜幾倍。石墨烯經過 2 小時酸化後取得官能基，但以冷凍乾燥後還是有水分，原因在於氧化石墨烯由於-OH 基會吸水，只好重做一次。但要怎麼將堆棧的氧化石墨烯塊粉碎成粉末，我們買了台均質機，結果石墨烯太韌，刀片一下都鈍了，好不容易才完成了 100 克氧化石墨烯粉末。

第二，在混練母粒時要經過水來降溫，結果在 0.1wt% 的母粒盡然有水氣，雖然只有 2 公斤，我只好花了點時間去烘乾，結果就發生像圖 2般碎玻璃的外貌，不過經檢測後機械性也還不差。

我坦白跟客戶說明這個現象，也請他多點取樣檢測，昨晚他提供了在線檢測共 26 個點，統計二批檢測結果如表 1，在在顯示氧化石墨烯復材在機械性表現優於石墨烯復材。

考慮氧化石墨烯製備如此痛苦，我已經想到更經濟實惠的工藝，正準備年後進行第七代乾式工藝，如果可行，則志陽的石墨烯材料組合將從現有的 200 多款一口氣提高到超過 300 款，成本還會降到每克 0.1 元，比我現在買導電碳黑還便宜，你說，那些說石墨烯產業化還要等幾年的「專家」豈不是氣死！

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