[发明专利]一种植入式梯度复合电极、生产方法及其用途

说明书

本发明提供一种植入式梯度复合电极、生产方法及其用途，所述植入式梯度复合电极，包括基体层，过渡层和活性层；所述过渡层的碳含量大于基体层，所述活性层的碳含量大于过渡层；所述基体层为金属材料、碳材料或碳塑复合材料；所述过渡层为碳塑复合材料；所述活性层为碳材料或碳塑复合材料；所述碳塑复合材料是由碳材料与塑料原料混合而成的多孔材料，所述碳材料为碳毡、碳纤维、石墨烯中的一种或几种混合；所述塑料原料为PP、PE、PVDF和PTFE中的一种或几种混合。本发明植入式梯度复合电极是一种一体化梯度电极，能显著降低接触电阻，降低反应极化现象，改善电极导电率，提升能量效率。

技术领域

本发明涉及电极技术，尤其涉及一种植入式梯度复合电极、生产方法及其用途。

背景技术

传统的钒电池电极是分体式电极，采用碳毡为电极，作为电化学反应的场所，电子经过碳毡传导至双极板，再流出电池，这种结构具有较高的接触电阻，导致电池效率很难提升。

发明内容

本发明的目的在于，针对传统钒电池分体电极接触电阻高，电池效率难提升的问题，提出一种植入式梯度复合电极，该电极是一种一体化梯度电极，能显著降低接触电阻，降低反应极化现象，改善电极导电率，提升能量效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种植入式梯度复合电极，包括基体层，过渡层和活性层；所述过渡层的碳含量大于基体层，所述活性层的碳含量大于过渡层；

所述基体层为金属材料、碳材料或碳塑复合材料；所述过渡层为碳塑复合材料；所述活性层为碳材料或碳塑复合材料；

所述碳塑复合材料是由碳材料与塑料原料混合而成的多孔材料，所述碳材料为碳毡、碳纤维、石墨烯中的一种或几种混合；所述塑料原料为PP、PE、PVDF和PTFE中的一种或几种混合。

进一步地，所述基体层厚度为0.1～5mm，优选为0.1～2mm；所述过渡层厚度为0.1～2mm，优选为0.1～1mm；所述活性层厚度为0.1～5mm，优选为0.1～0.5。

进一步地，所述金属材料包括但不限于铜、铝、钢、铁；所述碳材料为天然石墨、人造石墨、导电碳、活性炭、石墨烯、纳米碳管、碳毡中的一种或几种混合。

进一步地，所述基体层的碳塑复合材料中塑料原料与碳材料的质量比为1:1～1:10，优选为1:1～1:5。所述过渡层的碳塑复合材料中塑料原料与碳材料的质量比为1:2～1:5，优选为1:2～1:4。所述活性层中碳塑复合材料中塑料原料与碳材料的质量比为1:2～1:3，优选为1:2～1:25。

进一步地，所述基体层自远离过渡层的一侧向临近过渡层的一侧，碳含量逐渐增加。可通过3D打印或逐层叠加等方法制备而成。

进一步地，所述过渡层自临近基体层的一侧向临近活性层的一侧，碳含量逐渐增加。可通过3D打印或逐层叠加等方法制备而成。

进一步地，所述活性层自临近过渡层的一侧向远离过渡层的一侧，碳含量逐渐增加。可通过3D打印或逐层叠加等方法制备而成。

进一步地，所述塑料原料的粒度为50目～1000目，优选为100-500目；所述碳材料粒度为100目～1000目，优选为200-800目。

本发明的另一个目的还公开了一种植入式梯度复合电极的生产方法，包括以下步骤：

步骤1、所述基体层的制备；

步骤2、所述过渡层的制备，采用固体粉末混合或溶剂混合制备过渡层浆料，将过渡层浆料均匀的涂覆在基体层表面；

步骤3、植入式梯度复合电极合成，将活性层材料置于过渡层背离基体层的一侧，成型获得植入式梯度复合电极。

进一步地，当基体层为碳塑复合材料时，按照配比将粉体材料混合均匀，成型，所述成型为热压成型，挤压成型或者涂覆成型。