一种高活性电极材料及其改性方法技术

本发明专利技术提供一种高活性电极材料，应用于电化学反应上的一种电极材料领域，以基础原料经过以下步骤制成，所述基础原料是有机纤维材料，所述步骤包括基础原料梳理、针刺形成预氧毡、高温煅烧碳化处理形成碳毡和高温煅烧石墨化处理形成石墨毡；在所述基础原料梳理、针刺形成预氧毡、高温煅烧碳化形成碳毡和高温煅烧石墨化处理形成石墨毡中，选取其中之一进行活性化处理，所述活性化处理为物理的范德华力吸附或化学的有机树脂作为粘结剂的化学接枝。本发明专利技术具有高比表面积，耐酸耐腐蚀的特点，树脂类产品也是廉价易得的材料，可以大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种高活性电极材料及其改性方法
本专利技术涉及一种电化学领域，具体涉及一种电化学领域电化学反应电极材料的表面改性及其改性方法。
技术介绍
电化学电池是一种利用离子不同价态之间相互变化，在外部通过电子导电，在内部通过质子或者离子导电，从而形成电流的化学储能装置。电化学领域使用的电极材料一般为活性炭材料，使用的电解质一般分为有机电解质和无机电解质，两种电解质一般都具有一定的腐蚀性，因此要求电极毡具有较高的耐腐蚀性。电极材料是电化学领域内非常重要的部件之一，因为其理化性质对电化学电源的电流密度、功率密度、使用寿命都有很大的影响。电极材料除了要求有良好的耐腐蚀性，一般还要求具有良好的导电性和良好的电化学活性。而电极材料比表面积的大小，对其电化学活性具有较大的影响。以全钒液流电池为例，全钒液流电池的电解液是极具腐蚀性的浓硫酸，因此其电极对防腐蚀方面要求极高。目前大规模使用作全钒电池电极的主要是石墨毡。石墨毡具有比表面积大、耐腐蚀、电阻率低、价格便宜、机械强度高等优势。石墨毡表面的活性会直接影响到全钒液流电池的整体电池性能，因此，目前石墨毡的发展方向是对其表面进行改性，增加反应活性点，从而全面提高全钒液流电池的电化学性能。不仅仅是液流电池领域，在海水淡化，污水处理领域，对电极毡的要求都很高，电极毡的表面改性具有非常重要的意义。目前，石墨毡表面改性的方法包括：气相氧化法、液相氧化法和电化学氧化法，是几种常用的表面处理方法，不会引入其他杂质，并且电极毡的电化学活性也有所提高，但是其提高的并不多。又如专利号201510937646.7所公开的，利用实验室制备氧化石墨，再把氧化石墨溶液和石墨毡混合在反应釜中加热，氧化石墨还原成石墨烯负载在石墨毡表面。此法主要是实验室制备方法，制造过程需用到大量的浓硫酸、水和酒精等原料，制备的石墨烯十分稀少，只能作为实验室样品制备，不具备大规模制备应用的可能性。又如专利号200910093955.5所公开的，利用化学气相沉积的方法在石墨毡表面沉积碳纳米管，此方法繁杂难行，需要把原材料进行多种处理之后，才能在化学气相沉积炉中加工，成本高昂，不具有切实的工业操作可行性。基于现有技术的电极材料以上几种改性制备的缺点，因此，在石墨毡表面改性上，还有提升的地方。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种高活性电极材料及改性方法，在石墨毡制备的必要过程中，加入简单的改性操作，改性方法简单，改性原料廉价易得，具有很好的工业可操作性，以解决现有技术的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用了以下的技术方案：一种高活性电极材料，应用于电化学反应上的电极材料领域，以基础原料经过加工步骤制成，所述基础原料是有机纤维材料，所述步骤包括基础原料梳理、针刺形成预氧毡、高温煅烧碳化处理形成碳毡和高温煅烧石墨化处理形成石墨毡；在所述基础原料梳理、针刺形成预氧毡、高温煅烧碳化形成碳毡和高温煅烧石墨化处理形成石墨毡中，选取其中之一进行活性化处理，所述活性化处理为物理的范德华力吸附或化学的有机树脂作为粘结剂的化学接枝。依照本专利技术较佳实施例所述的高活性电极材料，所述基础原料为聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶纤维、酚醛纤维，碳纤维的其中一种或其中多种组成。依照本专利技术较佳实施例所述的高活性电极材料，所述物理的范德华力吸附为：把改性材料分散在水溶液中形成水分散液，把纤维材料浸入在所述水分散液中，通过抽真空、印刷或抽滤处理进行范德华力负载，之后干燥，所述改性材料为高活性炭材料，所述高活性炭材料是石墨粉、石墨烯、纳米碳粉、活性炭粉、碳纳米管、热解石墨、热解碳、气相沉积碳中的一种或者几种。依照本专利技术较佳实施例所述的高活性电极材料，所述化学的有机树脂作为粘结剂的化学接枝为：把改性材料和有机树脂配制成树脂分散液，把纤维材料浸入到所述树脂分散液中，经过抽真空或抽滤，所述改性材料为高活性炭材料，所述高活性炭材料是石墨粉、石墨烯、纳米碳粉、活性炭粉、碳纳米管、热解石墨、热解碳、气相沉积碳中的一种或者几种，所述有机树脂是环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸、聚酰胺树脂等热固性树脂中的一种或几种；选择高温煅烧石墨化处理形成石墨毡进行化学接枝后，需进行碳化处理，使粘结剂碳化。依照本专利技术较佳实施例所述的高活性电极材料，所述高活性炭材料的水分散液的碳材料浓度为0.001wt％到20wt％。依照本专利技术较佳实施例所述的高活性电极材料，所述高活性炭材料的树脂分散液的碳材料浓度为0.001wt％到20wt％。依照本专利技术较佳实施例所述的高活性电极材料，所述树脂分散液浸入到纤维中的固体质量小于毡体本身质量的20％。一种高活性电极材料的改性方法，以有机纤维进行改性，包括：步骤1:将有机纤维原料整理、梳理；步骤2：进行针刺形成预氧毡；步骤3：进行高温煅烧碳化处理形成碳毡；步骤4：进行高温煅烧石墨化处理形成石墨毡；选取其中之一步骤进行活性化处理，所述活性化处理为物理的范德华力吸附或化学的有机树脂作为粘结剂的化学接枝。依照本专利技术较佳实施例所述的改性方法，选取步骤4，进行化学的有机树脂作为粘结剂的化学接枝时，还包括步骤4-1，进行碳化处理，使粘结剂碳化。依照本专利技术较佳实施例所述的改性方法，所述物理的范德华力吸附为：把改性材料分散在水溶液中形成水分散液，把纤维材料浸入在所述水分散液中，通过抽真空、印刷或抽滤处理进行范德华力负载，之后干燥；所述化学的有机树脂作为粘结剂的化学接枝为：把改性材料和有机树脂配制成树脂分散液，把纤维材料浸入到所述树脂分散液中，经过抽真空或抽滤。本申请的设计思想是，提供一种增加石墨毡表面活性的一种方法，在工业制造石墨毡的各道工序中，在梳理、针刺、碳毡、石墨毡四个阶段，择一进行处理，处理的方式为通过物理的或者化学的方法在其表面负载其他材料，以获得改性石墨毡。另外，把石墨毡制作成具有方向活性梯度的石墨毡，具有防极化的效果。整体提高石墨毡的各项电化学性能，为其作为电池电极、工业电解和冶炼的电极材料提供更大的优势。由于采用了以上的技术使得本专利技术相比现有技术，具有以下的优点和积极效果：第一、使用活性炭材料、有机树脂和水作为负载材料和溶剂，避免了石墨毡处理过程中混入其他元素杂质；第二、活性炭材料具有高比表面积，耐酸耐腐蚀的特点，树脂类产品也是廉价易得的材料；第三、处理过程在梳理、预氧毡、碳毡和石墨毡四个阶段，并未用到复杂的反应设备和处理方式，因此可以大规模工业化生产；第四、以较为简单的方式在石墨毡上负载活性炭材料，可以明显的增加石墨毡的电化学反应活性，化学活性高，在相同电流密度的情况下获得更高的功率，或者在相同的功率下获得更高的电流密度。附图说明图1为抽真空处理示意图；图2为抽滤处理示意图；图3为滚涂示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的几个优选实施例进行详细描述，但本专利技术并不仅仅限于这些实施例。本专利技术涵盖任何在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本专利技术有彻底的了解，在以下本专利技术优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本专利技术。本申请提及一种高活性电极材料，应用于电化学反应上的电极材料领域，以基础原料经过一系列加工步骤制成，所述步骤包括基础原料梳理、针刺形成预氧毡、高温煅烧碳化处理形成碳毡和高温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高活性电极材料，应用于电化学反应上的电极材料领域，其特征在于，以基础原料经过加工步骤制成，所述基础原料是有机纤维材料，所述步骤包括基础原料梳理、针刺形成预氧毡、高温煅烧碳化处理形成碳毡和高温煅烧石墨化处理形成石墨毡；在所述基础原料梳理、针刺形成预氧毡、高温煅烧碳化形成碳毡和高温煅烧石墨化处理形成石墨毡中，选取其中之一进行活性化处理，所述活性化处理为物理的范德华力吸附或化学的有机树脂作为粘结剂的化学接枝。

【技术特征摘要】
1.一种高活性电极材料，应用于电化学反应上的电极材料领域，其特征在于，以基础原料经过加工步骤制成，所述基础原料是有机纤维材料，所述步骤包括基础原料梳理、针刺形成预氧毡、高温煅烧碳化处理形成碳毡和高温煅烧石墨化处理形成石墨毡；在所述基础原料梳理、针刺形成预氧毡、高温煅烧碳化形成碳毡和高温煅烧石墨化处理形成石墨毡中，选取其中之一进行活性化处理，所述活性化处理为物理的范德华力吸附或化学的有机树脂作为粘结剂的化学接枝。2.如权利要求1所述的高活性电极材料，其特征在于，所述基础原料为聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶纤维、酚醛纤维，碳纤维的其中一种或其中多种组成。3.如权利要求1所述的高活性电极材料，其特征在于，所述物理的范德华力吸附为：把改性材料分散在水溶液中形成水分散液，把纤维材料浸入在所述水分散液中，通过抽真空、印刷或抽滤处理进行范德华力负载，之后干燥，所述改性材料为高活性炭材料，所述高活性炭材料是石墨粉、石墨烯、纳米碳粉、活性炭粉、碳纳米管、热解石墨、热解碳、气相沉积碳中的一种或者几种。4.如权利要求1所述的高活性电极材料，其特征在于，所述化学的有机树脂作为粘结剂的化学接枝为：把改性材料和有机树脂配制成树脂分散液，把纤维材料浸入到所述树脂分散液中，经过抽真空或抽滤，所述改性材料为高活性炭材料，所述高活性炭材料是石墨粉、石墨烯、纳米碳粉、活性炭粉、碳纳米管、热解石墨、热解碳、气相沉积碳中的一种或者几种，所述有机树脂是环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：申富强，吴星，
申请(专利权)人：安顿雷纳上海纤维材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31