[发明专利]一种高活性电极材料及其改性方法

说明书

本发明提供一种高活性电极材料，应用于电化学反应上的一种电极材料领域，以基础原料经过以下步骤制成，所述基础原料是有机纤维材料，所述步骤包括基础原料梳理、针刺形成预氧毡、高温煅烧碳化处理形成碳毡和高温煅烧石墨化处理形成石墨毡；在所述基础原料梳理、针刺形成预氧毡、高温煅烧碳化形成碳毡和高温煅烧石墨化处理形成石墨毡中，选取其中之一进行活性化处理，所述活性化处理为物理的范德华力吸附或化学的有机树脂作为粘结剂的化学接枝。本发明具有高比表面积，耐酸耐腐蚀的特点，树脂类产品也是廉价易得的材料，可以大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种电化学领域，具体涉及一种电化学领域电化学反应电极材料的表面改性及其改性方法。

背景技术

电化学电池是一种利用离子不同价态之间相互变化，在外部通过电子导电，在内部通过质子或者离子导电，从而形成电流的化学储能装置。电化学领域使用的电极材料一般为活性碳材料，使用的电解质一般分为有机电解质和无机电解质，两种电解质一般都具有一定的腐蚀性，因此要求电极毡具有较高的耐腐蚀性。电极材料是电化学领域内非常重要的部件之一，因为其理化性质对电化学电源的电流密度、功率密度、使用寿命都有很大的影响。电极材料除了要求有良好的耐腐蚀性，一般还要求具有良好的导电性和良好的电化学活性。而电极材料比表面积的大小，对其电化学活性具有较大的影响。

以全钒液流电池为例，全钒液流电池的电解液是极具腐蚀性的浓硫酸，因此其电极对防腐蚀方面要求极高。目前大规模使用作全钒电池电极的主要是石墨毡。石墨毡具有比表面积大、耐腐蚀、电阻率低、价格便宜、机械强度高等优势。石墨毡表面的活性会直接影响到全钒液流电池的整体电池性能，因此，目前石墨毡的发展方向是对其表面进行改性，增加反应活性点，从而全面提高全钒液流电池的电化学性能。不仅仅是液流电池领域，在海水淡化，污水处理领域，对电极毡的要求都很高，电极毡的表面改性具有非常重要的意义。

目前，石墨毡表面改性的方法包括：气相氧化法、液相氧化法和电化学氧化法，是几种常用的表面处理方法，不会引入其他杂质，并且电极毡的电化学活性也有所提高，但是其提高的并不多。又如专利号201510937646.7所公开的，利用实验室制备氧化石墨，再把氧化石墨溶液和石墨毡混合在反应釜中加热，氧化石墨还原成石墨烯负载在石墨毡表面。此法主要是实验室制备方法，制造过程需用到大量的浓硫酸、水和酒精等原料，制备的石墨烯十分稀少，只能作为实验室样品制备，不具备大规模制备应用的可能性。又如专利号200910093955.5所公开的，利用化学气相沉积的方法在石墨毡表面沉积碳纳米管，此方法繁杂难行，需要把原材料进行多种处理之后，才能在化学气相沉积炉中加工，成本高昂，不具有切实的工业操作可行性。

基于现有技术的电极材料以上几种改性制备的缺点，因此，在石墨毡表面改性上，还有提升的地方。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种高活性电极材料及改性方法，在石墨毡制备的必要过程中，加入简单的改性操作，改性方法简单，改性原料廉价易得，具有很好的工业可操作性，以解决现有技术的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种高活性电极材料，应用于电化学反应上的电极材料领域，以基础原料经过加工步骤制成，所述基础原料是有机纤维材料，所述步骤包括基础原料梳理、针刺形成预氧毡、高温煅烧碳化处理形成碳毡和高温煅烧石墨化处理形成石墨毡；在所述基础原料梳理、针刺形成预氧毡、高温煅烧碳化形成碳毡和高温煅烧石墨化处理形成石墨毡中，选取其中之一进行活性化处理，所述活性化处理为物理的范德华力吸附或化学的有机树脂作为粘结剂的化学接枝。

依照本发明较佳实施例所述的高活性电极材料，所述基础原料为聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶纤维、酚醛纤维，碳纤维的其中一种或其中多种组成。