【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电极，更具体的是，本专利技术涉及一种激光原位碳化高性能碳纤维电极、制备方法及其应用。
技术介绍
1、制备高性能结构超级电容器的关键在于开发出电化学性能优异的电极材料。其中，碳纤维具有高强度、高模量、低密度、抗疲劳、耐高温和耐腐蚀等优良的力学性能，同时还具备碳材料固有的优良导电性和电化学稳定性，具有作为多功能电极材料的应用潜力。然而，碳纤维表面致密光滑且呈现化学惰性，比表面积较低、孔隙结构少，致使电荷在碳纤维表面富集密度低，储存电荷能力弱，直接作为电极使用储能效果不理想。
2、高的比表面积和发达的孔隙结构是产生高容量和快速电荷传递双电层结构的关键，活化处理及表面改性是获得高比表面积及发达孔隙结构活性炭材料的重要手段。然而，对于碳纤维电极，通过表面改性提高碳纤维比表面积的同时不降低碳纤维优异的力学性能至关重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是设计开发了一种激光原位碳化高性能碳纤维电极，通过碳纤维集流体和可激光碳化涂层的结合，降低了电极内阻，提高了电化学容量，进而提升了电化学性能。
2、本专利技术还设计开发了一种激光原位碳化高性能碳纤维电极的制备方法，通过激光原位曝光的方式，使碳纤维电极表面涂层中的聚合物分子链发生断裂和重组，降低了碳纤维电极的内阻，提高碳纤维电极的比表面积和比电容。
3、本专利技术还设计开发了一种激光原位碳化高性能碳纤维电极的应用，制备电性能可调控的结构超级电容器，兼具机械性能和电化学性能的能力。
4、
5、一种激光原位碳化高性能碳纤维电极，所述激光原位碳化高性能碳纤维电极包括碳纤维集流体和涂覆在其上的可激光碳化的涂层。
6、优选的是，所述碳纤维集流体中碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或黏胶基碳纤维。
7、优选的是，所述碳纤维集流体为平纹、斜纹或缎纹中的一种或几种混合编织形式的碳纤维布。
8、优选的是，所述可激光碳化的涂层包括质量百分比为30%~100%的可激光碳化聚合物和0%~70%的碳材料。
9、优选的是，所述可激光碳化聚合物为聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、酚醛树脂、磺化聚醚醚酮、聚砜和/或聚醚砜的一种或几种混合物。
10、优选的是，所述碳材料为炭黑、石墨、乙炔黑、碳纳米管和/或活性炭的一种或几种混合物。
11、一种激光原位碳化高性能碳纤维电极的制备方法，制备所述的激光原位碳化高性能碳纤维电极，包括如下步骤：
12、步骤一、将碳纤维布用丙酮清洗后烘干，获得碳纤维集流体；
13、步骤二、将质量百分比为30%~100%的可激光碳化聚合物和0%~70%的碳材料混合后加入可激光碳化聚合物质量5倍的有机溶剂，获得浆料；
14、其中，所述有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮（nmp）或n,n-二甲基乙酰胺；
15、步骤三、将所述浆料涂覆在碳纤维集流体的表面，烘干，获得碳化聚合物层；
16、步骤四、将所述碳化聚合物层经过激光碳化，获得碳纤维电极。
17、优选的是，所述激光为514~10600nm波长的气体激光、固体激光、液体激光、半导体激光或光纤激光；
18、所述激光的功率为0.1~10w，所述激光扫描速率为20~1000mm/s，所述激光的脉冲频率为10000~100000hz。
19、优选的是，所述步骤一的烘干温度为80~100℃，烘干时间为5~8小时；
20、所述步骤三的烘干包括两个阶段的烘干，第一阶段的烘干温度为150~200℃，烘干时间为1~3小时；第二阶段的烘干温度为260~280℃，烘干时间为1~2小时。
21、一种激光原位碳化高性能碳纤维电极的应用，使用所述的激光原位碳化高性能碳纤维电极的制备方法制备的碳纤维电极，所述激光原位碳化高性能碳纤维电极在制备结构超级电容器上的应用。
22、本专利技术所述的有益效果：
23、（1）、本专利技术设计开发的一种激光原位碳化高性能碳纤维电极，具有更低的电极内阻，更高的电化学容量，实现了碳纤维电极的表面积提升，进而电化学性能获得提升。
24、（2）、本专利技术设计开发的激光原位碳化高性能碳纤维电极的制备方法，在不降低碳纤维自身强度的前提下，通过激光原位曝光的方式，使碳纤维电极表面涂层中的聚合物分子链发生断裂和重组，并形成以碳为主要成分的碳化物，使碳化物成为良好的电子导体和吸附离子的载体，不仅减低了碳纤维电极的内阻，提高碳纤维电极的比表面积和比电容，而且高效简化了改性碳纤维电极的制备流程。
25、（3）、本专利技术设计开发的激光原位碳化高性能碳纤维电极的应用，用于制备的结构超级电容器，不会因碳纤维改性而损失其机械强度，且具有简易，低能耗和高效的器件制备优势，兼具机械性能和电化学性能的能力，可作为载体的结构承载组件，同时可以提供额外的电性能，可以利用激光的任意形状和尺寸的设计能力，制备电性能可调控的结构超级电容器。
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1.一种激光原位碳化高性能碳纤维电极，其特征在于，所述激光原位碳化高性能碳纤维电极包括碳纤维集流体和涂覆在其上的可激光碳化的涂层。
2.如权利要求1所述的激光原位碳化高性能碳纤维电极，其特征在于，所述碳纤维集流体中碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或黏胶基碳纤维。
3.如权利要求2所述的激光原位碳化高性能碳纤维电极，其特征在于，所述碳纤维集流体为平纹、斜纹或缎纹中的一种或几种混合编织形式的碳纤维布。
4.如权利要求1-3任意一项所述的激光原位碳化高性能碳纤维电极，其特征在于，所述可激光碳化的涂层包括质量百分比为30%~100%的可激光碳化聚合物和0%~70%的碳材料。
5.如权利要求4所述的激光原位碳化高性能碳纤维电极，其特征在于，所述可激光碳化聚合物为聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、酚醛树脂、磺化聚醚醚酮、聚砜和/或聚醚砜的一种或几种混合物。
6.如权利要求5所述的激光原位碳化高性能碳纤维电极，其特征在于，所述碳材料为炭黑、石墨、乙炔黑、碳纳米管和/或活性炭的一种或几种混合物。
7.一种激光原位碳化高性能碳纤维电
8.如权利要求7所述的激光原位碳化高性能碳纤维电极的制备方法，其特征在于，所述激光为514~10600nm波长的气体激光、固体激光、液体激光、半导体激光或光纤激光；
9.如权利要求8所述的激光原位碳化高性能碳纤维电极的制备方法，其特征在于，所述步骤一的烘干温度为80~100℃，烘干时间为5~8小时；
10.一种激光原位碳化高性能碳纤维电极的应用，使用如权利要求7-9任意一项所述的激光原位碳化高性能碳纤维电极的制备方法制备的碳纤维电极，其特征在于，所述激光原位碳化高性能碳纤维电极在制备结构超级电容器上的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种激光原位碳化高性能碳纤维电极，其特征在于，所述激光原位碳化高性能碳纤维电极包括碳纤维集流体和涂覆在其上的可激光碳化的涂层。
2.如权利要求1所述的激光原位碳化高性能碳纤维电极，其特征在于，所述碳纤维集流体中碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或黏胶基碳纤维。
3.如权利要求2所述的激光原位碳化高性能碳纤维电极，其特征在于，所述碳纤维集流体为平纹、斜纹或缎纹中的一种或几种混合编织形式的碳纤维布。
4.如权利要求1-3任意一项所述的激光原位碳化高性能碳纤维电极，其特征在于，所述可激光碳化的涂层包括质量百分比为30%~100%的可激光碳化聚合物和0%~70%的碳材料。
5.如权利要求4所述的激光原位碳化高性能碳纤维电极，其特征在于，所述可激光碳化聚合物为聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、酚醛树脂、磺化聚醚醚酮、聚砜和/或聚醚砜的一种或几种混合物。
6.如权利要求...
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