一种复合碳纸及制备方法、电池技术

本发明专利技术公开一种复合碳纸及制备方法、电池，涉及电池技术领域，以解决现有的复合碳纸中酚醛树脂在碳纸上的相容性差导致碳纸应力分布不均匀、韧性差的问题。该复合碳纸包括碳纸以及形成在碳纸的表面的增韧层，增韧层含有酚醛树脂和环氧大豆油。该制备方法用于制备该复合碳纸，该电池使用了该复合碳纸。本发明专利技术提供的复合碳纸及制备方法和电池用于提高碳纸与酚醛树脂的相容性以及碳纸的拉伸强度、弯曲强度。强度。强度。

【技术实现步骤摘要】
一种复合碳纸及制备方法、电池


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种复合碳纸及制备方法、电池。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel by the battery，PEMFC)具有高效率密度、低温启动、高能量转换率、体积轻巧、绿色环保等优点，具有巨大的市场潜能。随着新能源电池技术的发展，质子交换膜燃料电池电池被广泛应用于各个领域。气体扩散层碳纸作为质子交换膜燃料电池电堆的三大关键材料之一，主要作用是收集电流、传递气体和排除电化学反应产生的水，为电极反应提供水
‑
气
‑
热传输的通道。气体扩散层碳纸包括碳纸基底层和微孔层，碳纸的基底层是微孔层的载体，进一步要求碳纸基底层具有良好的抗弯曲强度和韧性、合适的紧度等性能要求。炭纸基底层材料主要是由可石墨化碳纤维湿法抄造形成的碳纸或碳布经树脂涂布、固化、碳化石墨化制得。
[0003]目前，为了增加碳纸基底层的韧性，碳纸基底层一般采用酚醛树脂作为涂布液浸渍碳纤维纸。然而由于涂布时，酚醛树脂在碳纤维纸上的相容性差，导致树脂分布不均匀，涂布效果不佳，进而导致石墨化后的碳纸应力分布不均匀，树脂与碳纤维分离，碳纸断裂，碳纸的抗弯曲强度和韧性降低，碳纸性能下降，进一步导致其耐久性降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种复合碳纸及制备方法、电池，提高了碳纸与酚醛树脂的相容性，还提高了碳纸的拉伸强度、弯曲强度，使其具有合适的紧度和良好的柔韧性。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种复合碳纸，包括碳纸以及形成在所述碳纸的表面的增韧层，所述增韧层含有酚醛树脂和环氧大豆油。
[0006]与现有技术相比，本专利技术提供的复合碳纸具有以下优势：
[0007]本专利技术提供的复合碳纸中，包括碳纸以及形成在碳纸的表面的增韧层，增韧层含有酚醛树脂和环氧大豆油。由于环氧大豆油具有三个长链烷烃，每个长链烷烃中均含有环氧基团，在高温条件下，环氧大豆油含有的环氧基团可以发生开环，与酚醛树脂的酚羟基以及碳纸表面的羟基和羧基进行反应。此时，环氧大豆油作为中间的桥梁，分别与酚醛树脂和碳纤维纸键合在一起，从而提高了碳纤维纸与酚醛树脂的相容性，使得酚醛树脂在碳纸上分布的更加均匀，涂布效果更好。进而使得石墨化后的复合碳纸应力分布的更均匀，酚醛树脂与碳纸不易分离，碳纸也不容易断裂，抗弯曲强度和韧性增高，使得耐久性增高。同时，由于环氧大豆油具有柔性的环氧树脂链段，在键合接枝的过程中可以为酚醛树脂引入柔性链，此时，柔性的环氧树脂链段与酚醛树脂链段、碳纤维纸的链段共同构成交联密度较大的交联网络，使得本专利技术实施例的增韧层具有较好的韧性，从而使得碳纸具有很好的拉伸强度、弯曲强度、合适的紧度和良好的柔韧性。
[0008]由上可见，本专利技术实施例提供的复合碳纸，提高了碳纸与酚醛树脂的相容性，还提高了碳纸的拉伸强度、弯曲强度，使其具有合适的紧度和良好的柔韧性。
[0009]第二方面，本专利技术还提供一种复合碳纸的制备方法，包括：
[0010]提供一碳纸；
[0011]在所述碳纸的表面形成树脂浸渍液，所述树脂浸渍液包括酚醛树脂和环氧大豆油；
[0012]对表面形成有所述树脂浸渍液的碳纸进行处理，获得复合碳纸。
[0013]与现有技术相比，本专利技术提供的复合碳纸的制备方法的有益效果与第一方面复合碳纸的有益效果相同，此处不做赘述。
[0014]第三方面，本专利技术还提供一种电池，所述电池包括第一方面提供的复合碳纸。
[0015]与现有技术相比，本专利技术提供的电池的有益效果与第一方面复合碳纸的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
[0016]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0017]图1为本专利技术实施例的电池的结构示意图；
[0018]图2为本专利技术实施例的复合碳纸的结构示意图；
[0019]图3为本专利技术实施例的复合碳纸的制备方法的流程示意图；
[0020]图4为本专利技术对比例一的SEM扫描电镜图；
[0021]图5为本专利技术对比例二的SEM扫描电镜图；
[0022]图6为本专利技术实施例三的SEM扫描电镜图。
[0023]附图标记：
[0024]100
‑
电池，101
‑
质子交换膜，102a
‑
第一气体扩散层，102b
‑
第二气体扩散层，103a
‑
第一催化剂层，103b
‑
第二催化剂层，200
‑
复合碳纸，201
‑
碳纸，202
‑
增韧层。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0026]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
[0027]气体扩散层碳纸是离子电池中的关键材料，作用主要是收集电流、传递气体和排除电化学反应产生的水，为电极反应提供水
‑
气
‑
热传输的通道。气体扩散层碳纸包括碳纸基底层和微孔层，碳纸的基底层是微孔层的载体，要求碳纸基底层具有良好的抗弯曲强度和韧性、合适的紧度等性能要求。炭纸基底层材料主要是由可石墨化碳纤维湿法抄造形成的碳纸或碳布经树脂涂布、固化、碳化石墨化制得。
[0028]目前，为了增加碳纸基底层的韧性，碳纸基底层一般采用酚醛树脂作为涂布液浸渍碳纤维纸。然而由于涂布时，酚醛树脂在碳纤维纸上的相容性差，导致树脂分布不均匀，
涂布效果不佳，进而导致石墨化后的碳纸应力分布不均匀，树脂与碳纤维分离，碳纸断裂，碳纸的抗弯曲强度和韧性降低，碳纸性能下降，进一步导致其耐久性降低。
[0029]现有技术中为提高气体扩散层炭纸基底层碳纸的抗弯曲强度和韧性，采用两道树脂涂布。例如：利用端羧基液体丁腈橡胶(CTBN)与酚醛树脂共混后浸渍碳纤维纸，当添加甲醇或乙醇等稀释液时，CTBN与酚醛树脂成胶状物分散在稀释液中，无法均匀涂布在碳纸表面导致树脂在碳纸上的涂布量过高，石墨化后的碳纸残碳率高，碳纸紧度低，透气度低，水
‑
气
‑
热传输困难。另外，在产线的储料罐中，持续的搅拌会提高储料罐的温度，将导致CTBN和酚醛树脂形成胶团，附着在搅拌器上，或沉淀在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合碳纸，其特征在于，包括碳纸以及形成在所述碳纸的表面的增韧层，所述增韧层含有酚醛树脂和环氧大豆油。2.根据权利要求1所述的复合碳纸，其特征在于，所述增韧层还包括有机溶剂，所述酚醛树脂、所述环氧大豆油和所述有机溶剂的质量比为(3～16)：(1～8)：(76～90)。3.根据权利要求1或2所述的复合碳纸，其特征在于，所述增韧层的定量为所述碳纸的定量的98％～180％。4.根据权利要求1或2所述的复合碳纸，其特征在于，所述酚醛树脂包括醇溶性酚醛树脂。5.一种根据权利要求1～4任一项所述的复合碳纸的制备方法，其特征在于，包括：提供一碳纸；在所述碳纸的表面形成树脂浸渍液，所述树脂浸渍液包括酚醛树脂和环氧大豆油；对表面形成有所述树脂浸渍液的碳纸进行固化，获得固化碳纸；对所述固化碳纸进行热处理，获得复合碳纸。6.根据权利要求5所述的复合碳纸的制备方法，其特征在于，所述固化包括热压固化和真空固化，所述固化的顺序为先真空固化再热压固化。...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋佃凤，王燕，吴立群，徐汝义，郁国强，方博仁，
申请(专利权)人：山东仁丰特种材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：