【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源电极材料，具体的涉及电极软毡的制备方案。
技术介绍
1、目前较多的碳纤维软毡，多以碳纤维短纤为原料，采用无纺针刺的方法加工而成，用作液流电池、燃料电池的电极材料等。由于碳纤维本身为碳的单质材料，化学性质稳定很难与其它材料复合，这对其修饰和复合的工艺加工来说大大增加了难度，这也导致其在应用过程中性能受到局限。因此，现有的碳纤维软毡在实际应用过程主要存在如下的问题：
2、(1)现有碳纤维软毡虽然可以满足其电池接触和导电的需求，但现有用于电池的碳纤维软毡存在接触位点少，电解液的渗透系数低，与活性物质结合能力差等问题；而渗透系数、与活性物质结合能力直接决定了电池在充放电过程中的电解液流入电极毡发生反应的活性物质的数量和活性物质的可逆性能，进而决定了电池库伦效率、能量效率、能力密度的性能表现；现有用于电池的碳纤维软毡，其渗透系数低，活性低，活性物质反应差，副反应高，从而造成现有碳纤维软毡在高能量密度的电池使用中很难表现出好的性能；
3、(2)碳纤维本身化学性质稳定，很难被氧化，也很难与其它材料复合，影响现有碳纤维软毡的实际性能。
4、公开号cn110931270a的中国专利申请公开了一种具有较高电荷储存能力的含基底的石墨烯基电极纤维及其制备方法，其采用氧化石墨烯水溶液为主要原料，再通过简单地交替浸蘸的方式将氧化石墨烯或氧化石墨烯复合物包覆到纤维基底上，随后通过化学还原法或热还原法将氧化石墨烯还原成还原氧化石墨烯，由此来制备出兼具优良机械性能和储电性能的含基底的石墨烯基电极纤维。用这种
5、文章《多尺度石墨烯-碳纤维增强c-sic复合材料的制备及性能研究》(蔡子田，第21-24页，重庆交通大学，2019年6月)中公开了一种石墨烯-碳纤维预制体的制备方法，其具体给出了采用浓硝酸对碳纤维表面进行改性的技术方案与思路，但是这种方法会破坏碳纤维本身结构、在碳纤维表面和内部形成不同程度的损伤和孔洞，影响最终的强度，且浓硝酸具有一定的危害和污染，不环保，反应后浓硝酸的去除也比较困难，因此该方案的整体实用性差。
6、公开号cn103321035a中国专利申请公开了一种碳纤维等离子体接枝氧化石墨烯的表面改性的方法；以及公开号cn103321034a的中国专利申请公开了一种碳纤维等离子体接枝碳纳米管的表面改性方法；两者都公开了采用等离子体对碳纤维表面进行官能化处理的方案，虽然相比于前面的文章所公开方案，更加环保和安全，但是其具体的技术方案为应用各种气体小分子的等离子体在常温下短时间处理碳纤维表面，相当于是对碳纤维表面的一种活化过程，碳氧之间没有形成稳定的化学键连接，所得的处理结果只是将碳纤维表面活化，以有利于和其他材料嫁接，并不能够实现真正的将碳纤维进行氧化或其他基团官能化；众所周知，表面活化后的连接是通过范德华力和静电吸附结合的连接形式，完全不同于经过化学反应形成化学键，最终形成的连接结构稳定性与连接强度不高，无法满足实际需求。
技术实现思路
1、针对现有碳纤维软毡以及现有碳纤维与石墨烯复合增强材料所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种电极软毡制备方法，其通过等离子cvd法在碳纤维表面生长氧的方式来对碳纤维进行预氧化，接着基于该预氧化碳纤维复合石墨烯制备形成高性能的电极软毡，有效提高电极的接触位点，增加能量密度；在此基础上，本专利技术进一步提供了基于该电极软毡制备方法所形成的电极软毡以及采用该电极软毡的电池。
2、为了达到上述目的，本专利技术提供了一种基于预氧化碳纤维复合石墨烯的电极软毡制备方法，包括：
3、(1)将碳纤维丝置于高温炉中，高温炉内通10％的氧气与90％的氩气混合气体，同时温度设置为250-400℃，向高温炉内通入经过等离子体发生器处理的氧气，使氧原子在碳纤维表面持续生长1-2h，获得氧化的碳纤维丝；
4、(2)选取规格统一的氧化石墨烯，配置成相应浓度的水溶液状态，搅拌均匀，静置，水平剪切，使氧化石墨烯溶液取向排列；
5、(3)将步骤(1)中获得的氧化碳纤维丝经过步骤(2)中高度取向的氧化石墨烯溶液中向一个方向拉动，使石墨烯片层均匀附着在碳纤维丝上，并进行干燥，获得的混合材料中，石墨烯片层对碳纤维丝的相对重量比为1：15-20；
6、(4)将步骤(3)中得到的干燥的涂有石墨烯的碳纤维丝置于聚四氟乙烯的反应釜中，添加还原剂5-10wt％，进行水热还原处理，水热处理温度为200-240℃，热处理时间为8-12h，最后取出烘干，获得石墨烯复合的碳纤维丝。
7、在本专利技术的一些实例中，所述制备方法中氧化石墨烯采用经过高度取向的小尺寸氧化石墨烯浆料。
8、在本专利技术的一些实例中，所述制备方法基于石墨烯复合的碳纤维丝制成预制体时，将石墨烯复合的碳纤维丝梳理成网并铺成纤维网，并将多层网胎依次循环叠加并对叠加的多层网胎进行反复针刺以制成预制体。
9、为了达到上述目的，本专利技术提供了一种电极软毡，所述电极软毡采用上述电极软毡制备方法制备形成。
10、在本专利技术的一些实例中，所述电极软毡比表面积提升1-2倍，导电性提升30-50％，离子吸附能力提升1-2倍。
11、为了达到上述目的，本专利技术提供了一种电池，所述电池中采用上述电极软毡来形成电极。
12、在本专利技术的一些实例中，所述电池比容量提升20-30％，电池使用寿命提升10-20％，可接受更大电流充放电。
13、本专利技术给出的基于预氧化碳纤维复合石墨烯的电极软毡制备方案相比现有技术相比有以下有益效果：
14、(1)本方案中实现连接石墨烯片层，能够有效提高碳纤维复合材料整体的化学活性，提高附着电极反应产物的活性位点，有效解决电极毡与其他材料复合困难的难题；
15、(2)本方案所制备形成的电极软毡，能够有效改善电池的导电能力，使得电池在大电流充放电过程中，仍然可以快速可逆的脱嵌电极活性物质，而减少副反应的发生，由于在液流电池充放电时粘稠的电解液需要浸润电极毡，发生电化学反应并附着于电极毡的活性点，同时，电解液时刻处于高压高速的流动状态，过程中对电极毡的冲刷破坏非常严重，如果电极毡的内部纤维结合力差，很容易被破坏，进而导致电池的库伦效率和能量效率急剧下降。本方案中实现石墨烯和碳纤维的牢固结合，这样在快速的吸附和脱嵌过程中，结构不被破坏，同时利用石墨烯的高导电性和高附着性能，使得活性物质在电极上沉积反应，而副反应来不及发生，这样使的大电流充放电问题得以解决。
16、(3)本方案所制备形成的电极软毡，能够有效实现增加整体电极毡的活性位点，为其吸附更多的电极活性物质本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于预氧化碳纤维复合石墨烯的电极软毡制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于预氧化碳纤维复合石墨烯的电极软毡制备方法，其特征在于，所述制备方法中氧化石墨烯采用经过高度取向的小尺寸氧化石墨烯浆料。
3.根据权利要求1所述的基于预氧化碳纤维复合石墨烯的电极软毡制备方法，其特征在于，所述制备方法基于石墨烯复合的碳纤维丝制成预制体时，将石墨烯复合的碳纤维丝梳理成网并铺成纤维网，并将多层网胎依次循环叠加并对叠加的多层网胎进行反复针刺以制成预制体。
4.一种电极软毡，其特征在于，所述电极软毡采用权利要求1-3中任一项所述的电极软毡制备方法制备形成。
5.一种电池，其特征在于，所述电池中采用权利要求4所述的电极软毡来形成电极。
【技术特征摘要】
1.一种基于预氧化碳纤维复合石墨烯的电极软毡制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于预氧化碳纤维复合石墨烯的电极软毡制备方法，其特征在于，所述制备方法中氧化石墨烯采用经过高度取向的小尺寸氧化石墨烯浆料。
3.根据权利要求1所述的基于预氧化碳纤维复合石墨烯的电极软毡制备方法，其特征在于，所述制备方法基于石墨...
【专利技术属性】
技术研发人员：田素云，申富强，
申请(专利权)人：上海骐杰新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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