一种碳纤维电极、制备方法及应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115938815A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211551206.4(22)申请日2022.12.05(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人刘卫东李志运潘放(74)专利代理机构北京圣州专利代理事务所(普通合伙)11818专利代理师黄青青(51)Int.Cl.H01G11/48(2013.01)H01G11/40(2013.01)H01G11/86(2013.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种碳纤维电极、制备方法及应用(57)摘要本发明公开了一种碳纤维电极，包括碳纤维集流体、导电胶层和活性炭层，碳纤维集流体通过导电胶层与活性炭层连接。活性炭层包括质量百分比为65％‑90％的活性炭、5％‑15％的导电剂和5％‑20％的粘结剂。本发明还公开了一种碳纤维电极的制备方法。本发明所述的碳纤维电极用于结构超级电容器的制备。本发明采用上述碳纤维电极、制备方法及应用，在不降低碳纤维自身强度的前提下，提高碳纤维电极的比表面积和比电容；并且简化碳纤维电极的制备方法。CN115938815ACN115938815A权利要求书1/1页1.一种碳纤维电极，其特征在于：包括碳纤维集流体、导电胶层和活性炭层，碳纤维集流体通过导电胶层与活性炭层连接。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维电极，其特征在于：所述碳纤维集流体中碳纤维是具有导电性的聚丙烯腈基、沥青基和黏胶基碳纤维。3.根据权利要求1所述的一种碳纤维电极，其特征在于：所述碳纤维集流体为无纺、单向无编织、平纹、斜纹、缎纹二维编织或三维编织中一种或几种混合编织形式的碳纤维层。4.根据权利要求1所述的一种碳纤维电极，其特征在于：所述导电胶层为导电银胶、石墨导电胶、石墨烯导电胶、碳纳米管导电胶中一种或几种混合胶。5.根据权利要求1所述的一种碳纤维电极，其特征在于：所述活性炭层包括质量百分比为65％‑90％的活性炭、5％‑15％的导电剂和5％‑20％的粘结剂。6.根据权利要求5所述的一种碳纤维电极，其特征在于：所述导电剂为炭黑、石墨、乙炔黑中的一种或几种的混合物。7.根据权利要求5所述的一种碳纤维电极，其特征在于：所述粘结剂为聚偏氟乙烯、水溶性丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚氧化乙烷和聚氨酯中的一种或几种的混合物。8.根据权利要求1‑7任一项所述的一种碳纤维电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将碳纤维布用丙酮浸泡，清洗掉碳纤维表面的覆胶剂和灰尘，烘干，剪裁，得到碳纤维集流体；S2、在碳纤维集流体的表面利用刮刀涂覆、浸渍、滚压或喷涂导电胶层，烘干，待用。S3、将质量百分比为65％‑90％的活性炭、5％‑15％的导电剂和5％‑20％的粘结剂混合搅拌，形成浆料；S4、将制备的浆料涂覆至导电胶层的表面，烘干，形成活性炭层，得到碳纤维电极。9.根据权利要求1所述的一种碳纤维电极的制备方法，其特征在于：所述S1中，烘干温度为80℃，烘干时间为10‑15h；所述S2中，烘干温度为100℃，烘干时间为10‑15h；所述S4中，烘干温度为80℃，烘干时间为10‑15h。10.如权利要求1‑7任一项所述的碳纤维电极的应用，其特征在于：碳纤维电极用于制备结构超级电容器。2CN115938815A说明书1/4页一种碳纤维电极、制备方法及应用技术领域[0001]本发明涉及电极技术领域，尤其是涉及一种碳纤维电极、制备方法及应用。背景技术[0002]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。[0003]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。[0004]CN114220668A公开了一种适用于超级电容器的碳纤维电极材料及其制备方法和在制备超级电容器电极中的应用。制备方法包括：脱浆碳纤维经硝酸氧化、洗涤、干燥后得到CFO；通过接枝反应将六氯环三磷腈(HCCP)接枝到碳纤维表面；通过原位聚合在碳纤表面包覆大量交联聚磷腈微纳杂化涂层；再在惰性气体保护下升温至400～600℃保持1～10h后，再升温至700～1200℃保持1～10h，自然冷却后