皮芯结构石墨毡电极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种皮芯结构石墨毡电极材料的制备方法，其特征是：包括如下步骤：（1）预氧毡进行不完全碳化制得碳毡；（2）对上述碳毡进行不完全石墨化制得石墨毡；（3）再对石墨毡的纤维进行表面修饰，得到具有皮芯结构的石墨毡电极材料。本发明专利技术的方法既保证了石墨毡的强度，避免了掉渣现象的发生，又降低了生产成本，提高了生产效率。此外，还大大提高了石墨纤维表面活性基团含量，提高了石墨毡的活性和润湿性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种，其特征是：包括如下步骤：（1）预氧毡进行不完全碳化制得碳毡；（2）对上述碳毡进行不完全石墨化制得石墨毡；（3）再对石墨毡的纤维进行表面修饰，得到具有皮芯结构的石墨毡电极材料。本专利技术的方法既保证了石墨毡的强度，避免了掉渣现象的发生，又降低了生产成本，提高了生产效率。此外，还大大提高了石墨纤维表面活性基团含量，提高了石墨毡的活性和润湿性。【专利说明】
本专利技术属于电极材料制备领域，特别涉及一种。
技术介绍
随着太阳能、风能等可再生能源的开发和利用，大规模高效蓄能技术的研究开发成为国际热点。在强大的社会发展需求和巨大的潜在市场的推动下，大规模、高效率、长寿命、低成本、无污染的液流电池迎来了一个蓬勃发展的新时期。液流电池的正负极活性物质(电解液)分别存储在两个储液罐中，储液罐分别与电池和泵相连，工作时通过泵把电解液打入电池使电解液循环流动。电极材料是决定液流电池性能好坏的关键因素之一，寻找合适的电极材料是目前液流电池研究的一个重点及热点。曾用作液流电池的电极材料主要有:金属(金、铅、钛、钛基钼和钛基氧化铱)电极、碳素(石墨板、石墨租、玻碳、碳布和碳纤维)电极和一体化复合电极(聚丙烯、高密度聚乙烯等作为基体树脂，掺杂炭黑、碳纤维等导电介质制备而成的聚合物导电板与石墨毡制成的电极)。从性能和成本两方面考虑，金属类电极不适合大规模应用于液流电池的电极材料，PAN基石墨毡电极及一体化复合电极成为电极材料研究的热点。石墨毡在液流电池中主要起提供电化学反应场所的作用，要求其具有较高的活性和一定的强度，而预氧毡经完全碳化、石墨化后，石墨纤维表面的活性基团含量减少，并且强度明显降低，掉渣现象严重，不能满足液流电池电极材料的需求。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述不足，提供一种石墨毡电极材料的制备方法，以利用此方法制备出石墨纤维表面活性基团含量增加、强度升高、避免掉渣现象发生的电极材料。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案如下。一种，其特征是:包括如下步骤，( I)预氧毡进行不完全碳化制得碳毡；(2)对上述碳毡进行不完全石墨化制得石墨毡；(3)再对石墨毡的纤维进行表面修饰，得到具有皮芯结构的石墨毡电极材料。步骤(I)是对纤维进行不完全碳化的过程，其条件优选如下:在真空、N2或者Ar气氛下进行，碳化温度为800-1400°C，碳化时间为l-240h。步骤(2)是对纤维进行不完全石墨化的过程，其条件优选如下:在真空、N2或者Ar气氛下进行，石墨化温度为1600-2300°C，石墨化时间为l-240h。步骤(3)是对表面纤维进行表面修饰的过程，优选接枝法或氧化法。所述接枝法的条件优选如下:将步骤(2)得到的未完全石墨化的石墨毡浸泡在浓度为0.1?lOmol/L的异丙醇溶液、乙酸溶液或两者以摩尔比1:10?10:1的混合溶液中，或者在石墨毡表面喷洒上述溶液，之后对上述浸润后的石墨毡进行等离子体处理，将异丙醇中的羟基、乙酸中的羧基嫁接到石墨毡的纤维表面。所述氧化法的条件优选如下:将步骤(2)得到的未完全石墨化的石墨毡置于空气气氛下，于350-700°C对其氧化0.5_8h,使石墨租纤维表面的氢基转化成轻基、羧基。此外，步骤(I)使用的预氧毡厚度一般为3-10mm。本专利技术通过对预氧毡进行不完全碳化、石墨化处理，最终实现纤维中出现皮芯结构，其实现的原理在于预氧毡进行碳化、石墨化的过程中，预氧丝表面与芯部所处环境不同，表面的温度较芯部高，表面较芯部易碳化、石墨化，因此通过调整碳化、石墨化的工艺过程，便可得到皮芯结构的石墨纤维，再对其进行表面修饰，最终得到所要求的石墨毡电极材料。本专利技术通过改变碳化、石墨化工艺，升高碳化、石墨化温度并相应降低碳化、石墨化时间，对预氧丝进行不完全碳化、石墨化，使纤维出现皮芯结构，既保证了石墨毡的强度，避免了掉渣现象的发生，又由于不完全碳化、石墨化而降低了生产成本，提高了生产效率。此外，对纤维进行表面修饰大大提高了石墨纤维表面活性基团含量，在石墨纤维表面保留了更多的活性基团，提高了石墨毡的活性和润湿性，提高了能量利用率。综上，本专利技术制得的石墨租电极材料性能大幅提闻，市场如景广阔。【专利附图】【附图说明】图1为皮芯结构石墨毡电极材料的制备流程图。【具体实施方式】下面结合具体实施例和【专利附图】【附图说明】本专利技术，但本专利技术并不局限于这些具体实施例和附图。制备皮芯结构石墨毡电极材料的流程图如图1所示。实施例1将3mm厚的预氧毡在真空中800°C下碳化200h，对纤维进行不完全碳化。之后进行石墨化，这一过程在真空中1800°C下进行，石墨化时间保持在240h，实现不完全石墨化，这样便使纤维出现皮芯结构。将得到的不完全石墨化的石墨毡置于空气气氛中，于400°C氧化8h，得到所要求的石墨毡电极材料。实施例2将6mm厚的预氧租在N2中1000°C下碳化IOOh,对纤维进行不完全碳化。之后进行石墨化，这一过程在N2中2000°C下进行，石墨化时间保持在120h，实现不完全石墨化，这样便使纤维出现皮芯结构。将上述石墨毡浸泡在浓度为2mol/L的异丙醇溶液中，之后对其进行等离子体处理，将异丙醇中的羟基嫁接到石墨毡的纤维表面，最终得到所要求的石墨毡电极材料。实施例3将IOmm厚的预氧租在Ar中1300°C下碳化30h,对纤维进行不完全碳化。之后进行石墨化，这一过程在Ar中2300°C下进行，石墨化时间保持在60h，实现不完全石墨化，这样便使纤维出现皮芯结构。将上述石墨租置于空气气氛中，于600°C氧化5h,待其冷却后，将其浸泡在2mol/L异丙醇与lmol/L乙酸的混合溶液中，之后对上述浸润后的石墨毡进行等离子体处理，将异丙醇中的羟基、乙酸中的羧基嫁接到石墨毡的纤维表面，最终得到所要求的石墨租电极材料。经过测试发现，上述制得的石墨毡掉渣现象明显改善，纤维表面含氧活性基团含量明显增加。将制得的石墨毡组装成电极，结果发现，电池的能量效率、电压效率、电流效率明显提高，使用寿命增加。【权利要求】1.一种，其特征是:包括如下步骤， (1)预氧毡进行不完全碳化制得碳毡； (2)对上述碳毡进行不完全石墨化制得石墨毡； (3)再对石墨毡的纤维进行表面修饰，得到具有皮芯结构的石墨毡电极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:步骤(I)的不完全碳化过程在真空、N2或者Ar气氛下进行，碳化温度为800?1400°C，碳化时间为I?240h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:步骤(2)的不完全石墨化过程在真空、N2或者Ar气氛下进行，石墨化温度为1600?2300°C，石墨化时间为I?240h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:步骤(3)的表面修饰方法为接枝法和/或氧化法。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是:所述接枝法为将步骤(2)得到的未完全石墨化的石墨毡浸泡在浓度为0.1?10mol/L的异丙醇溶液、乙酸溶液或两者以摩尔比1:10?10:1的混合溶液中，或者在石墨毡表面喷洒上述溶液，之后对上述浸润后的石墨毡进行等离子体处理，将异丙醇中的羟基、乙酸中的羧基嫁接到石墨毡的纤维表面。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是:所述氧化法为将步骤(2)得到的未完全石墨化的石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种皮芯结构石墨毡电极材料的制备方法，其特征是：包括如下步骤，（1）预氧毡进行不完全碳化制得碳毡；（2）对上述碳毡进行不完全石墨化制得石墨毡；（3）再对石墨毡的纤维进行表面修饰，得到具有皮芯结构的石墨毡电极材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭毅，李倩，施伟，张欢，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：