一种石墨烯复合碳纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯复合碳纤维的制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯复合碳纤维的制备方法、电极软毡以及电池


[0001]本专利技术属于新能源电极材料领域，具体的涉及电极软毡的制备方案
。

技术介绍

[0002]目前的产品中也采用较多的碳纤维软毡，以碳纤维短纤为原料，通过无纺针刺的方法加工而成，广泛用于保温隔热产品
、
液流电池
、
燃料电池的电极材料等，具有很好的导电性能
、
隔热性能
、
以及渗透液体的能力，解决在产品应用过程中的各项问题
。
[0003]现有碳纤维软毡在实际应用过程中还存在一些问题和不足，主要集中体现在如下两点：
[0004](1)
现有碳纤维软毡导热差，位点少，这限制了碳纤维软毡性能的进一步提升
。
[0005](2)
现有电极用碳纤维软毡产品的性能无法进一步满足高电池能量密度的技术需求，以及快速充电的技术需求，
[0006]公开号
CN107687090A
的中国专利公开了一种石墨烯交联的碳纤维丝束
、
织物及其制备方法，该方案利用碳纤维表面的氧化石墨烯涂层的溶胀和融合作用可实现对碳纤维丝束及碳纤维织物的交联；其具体利用氧化石墨烯作为碳纤维的上浆剂和交联剂，其与碳纤维的亲和性强
、
涂覆均匀且环保，交联过程简单，交联强度高
。
经过进一步的还原后，氧化石墨烯交联层转变为石墨烯交联层，增强了碳纤维间的相互作用，降低了纤维间的接触电阻，使得碳纤维丝束及织物展现出优异的力学性能和导电导热性
。
但是该方案在实施过程中，由于碳纤维表面没有其它官能团，化学特性稳定，故而碳纤维在与氧化石墨烯的连接属于范德华力的结合，结合力成差，在实际适用中，很容易出现掉粉的状态
、
强度大打折扣
。

技术实现思路

[0007]针对现有方案中石墨烯交联碳纤维丝方案所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯复合碳纤维，在碳纤维中进一步引入石墨烯，由此来提高石墨烯复合碳纤维的导热性能以及接触位点，与从同时石墨烯稳定可靠的附着在碳纤维丝表面，保证石墨烯复合碳纤维整体性能的稳定可靠性；在此基础上，本专利技术还进一步提供基于该制备方法所形成的石墨烯复合碳纤维的电极软毡，以及采用该电极软毡的电池
。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术提供的石墨烯复合碳纤维的制备方法，所述制备方法不采用还原剂，包括：
[0009](1)
选取氧化石墨烯配置成溶液状态，并在配置的溶液中添加表面活性剂和交联剂；
[0010](2)
将碳纤维丝呈拉紧状经过步骤
(1)
形成石墨烯溶液，使溶液中的石墨烯均匀附着在碳纤维丝上；
[0011](3)
将附着有石墨烯的碳纤维丝烘干干燥，并置于高温炉中进行热处理，热处理温度为
350
‑
450℃
，热处理时间为1‑
2h
，全程通惰性气体，获得石墨烯复合的碳纤维丝
。
[0012]在本专利技术的一些实例中，所述步骤
(1)
中选取氧化石墨烯配置浓度为2‑
5mg/mL
的
溶液
。
[0013]在本专利技术的一些实例中，所述步骤
(1)
中添加表面活性剂占浆料总重量的1‑
3wt.
％
。
[0014]在本专利技术的一些实例中，所述步骤
(1)
中添加交联剂占浆料总重量的3‑
8wt.
％
。
[0015]在本专利技术的一些实例中，所述步骤
(1)
中的表面活性剂为阴离子型表面活性剂
。
[0016]在本专利技术的一些实例中，所述步骤
(1)
中的交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯
、
聚碳化二亚胺
、
三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或多种
。
[0017]为了达到上述目的，本专利技术提供的电极软毡，采用上述制备方法形成的石墨烯复合碳纤维构成
。
[0018]在本专利技术的一些实例中，所述采用石墨烯复合碳纤维来制备电极软毡时，将石墨烯复合碳纤维梳理成网并铺成纤维网，并将多层内网依次循环叠加并对叠加的多层内网进行反复针刺以制成预制体
。
[0019]为了达到上述目的，本专利技术提供的电池，所述电池中采用上述的电极软毡
。
[0020]本专利技术提供的石墨烯复合碳纤维方案，有效的将石墨烯附着在碳纤维表面上，从而增加碳纤维的接触位点，继而提高据此形成的碳纤维软毡的能力密度
。
[0021]本专利技术提供的石墨烯复合碳纤维方案在应用于碳纤维软毡以及电池时，能够有效增加单位电池的储能效果
、
改善电池的导电能力，让电池在大电流充放电过程中，仍然可以快速的脱嵌电极活性物质，而减少副反应的发生，使的大电流充放电问题得以解决
。
[0022]本专利技术提供的石墨烯复合碳纤维方案在应用于碳纤维软毡以及电池时，基于石墨烯优异的导热性，能够及时将电池工作过程中的热及时疏散，避免热集中带来的一些列安全问题
。
附图说明
[0023]以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本专利技术
。
[0024]图1为本专利技术实例中石墨烯片层附着在碳纤维丝上的微观结构图；
[0025]图2为本专利技术实例中石墨烯碳纤维复合的电极毡的宏观效果图；
[0026]图3为本专利技术实例中电池在使用过程中，活性物质的附着效果图
。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术实现的技术手段
、
创作特征
、
达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术
。
[0028]专利技术人通过对石墨烯和碳纤维之间结合稳固性不高的问题进行分析，并对石墨烯和碳纤维各自性能与特性的充分研究，创新的采用高度取向排列和热处理碳化有机结合的工艺，使得石墨烯牢固的附着在碳纤维表面上
。
[0029]在此基础上，进一步采用具体的石墨烯和碳纤维尺寸与浓度，使得两者在尺寸和浓度上相匹配，由此保证复合后的结构连接牢固且比表面增加最多，有效克服已有方案中随意搭配的导致结合性差的问题；与此同时，进一步采用表面活性剂和交联剂材料，在热处理后转化成碳碳键连接，使得结构更加稳固，从而有效克服现有只用氧化石墨烯和碳纤维方案所存在的问题
。
[0030]据此，据此针对石墨烯材料的性能特点，通过如下的制备方法来实现将石墨烯片层结构稳定可靠的附着在碳纤维丝表面上，形成石墨烯复合碳纤维
。
[0031]具体的，步骤
(1)
本方案首先选取氧化石墨烯，配置成相应浓度的溶液状态，并在溶液中添加表面活性剂和交联剂，搅拌均匀；
[0032]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
石墨烯复合碳纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法不采用还原剂，包括：
(1)
选取氧化石墨烯配置成溶液状态，并在配置的溶液中添加表面活性剂和交联剂；
(2)
将碳纤维丝呈拉紧状经过步骤
(1)
形成石墨烯溶液，使溶液中的石墨烯均匀附着在碳纤维丝上；
(3)
将附着有石墨烯的碳纤维丝烘干干燥，并置于高温炉中进行热处理，热处理温度为
350
‑
450℃
，热处理时间为1‑
2h
，全程通惰性气体，获得石墨烯复合的碳纤维丝
。2.
根据权利要求1所述的石墨烯复合碳纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤
(1)
中选取氧化石墨烯配置浓度为2‑
5mg/mL
的溶液
。3.
根据权利要求1所述的石墨烯复合碳纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤
(1)
中添加表面活性剂占浆料总重量的1‑
3wt.
％
。4.
根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：田素云，申富强，
申请(专利权)人：上海骐碳复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：