[发明专利]碳纤维电极材料的活化方法

说明书

本发明属于碳纤维电极材料的活化方法。

碳纤维制品具有良好的耐蚀性、导电性、多孔性等一系列有用的物理、化学性质。可做为电极或辅助材料用于各种类型电池，是发展新型储能电池的基本材料之一。

但是未经处理的碳纤维的电化学活性有限，例如铁铬氧化还原液流型电池的铬负极反应，只有在担载金等贵金属催化剂或经高温等特殊处理后，碳纤维才具有电极活性。

美国曾研究不同碳纤维毡、不同碳化温度、化学净化处理，不同催化体系等因素对碳纤维毡电极活性的影响。Giner公司在1982年的NASA  CR-167921报告中认为1630℃碳化的粘胶毡担载金-铅催化剂是改善铬负极反应的最佳条件。

日本一些公司不采用贵金属催化剂，主要研究途径是在较高温度（1600～2500℃）下进行碳化后，在含氧情性气氛中再进行活化处理。如东洋纺绩公司的60253.164公开特许，经1600℃碳化的纤维素碳纤维布在含有200乇氧的惰性气氛中、850℃处理30分钟。碳纤维表面的氧原子比从2.5%增加到10.2%，电极电导率提高，电池的电流效率从90%提高到96%。

以上的碳纤维制备都需要高温设备，而且还需进一步活化处理。

本发明的目的是采用工业上约1300℃碳化的聚丙烯腈碳纤维，经过去除部分环氧树脂，在60～0mmHg低真空条件，加热放空、再抽空、控制温度在（600～700）±50℃，最后得到的碳纤维，表面活性增加，电极反应速度大大加快。

本发明的特点是采用工业上约1300℃碳化的聚丙烯腈碳纤维，在不超过0.5%浓度的环氧树脂丙酮溶液中经1～5分钟浸渍处理后的碳纤维编织布，在60～0mmllg低真空条件下加热至600±50℃，放入300mmllg～1atm空气后，再抽空，反复8～10次，温度变化范围为（600～700）±50℃，经20～40分钟，自然降温冷却。碳纤维表面的环氧树脂经处理后碳化，形成三维结构的微小多孔体。比表面增加1倍以上，表面含氧基团增多，表面对水溶液的润湿性改善。热处理前后碳纤维表面性质的变化如表1。

表1 热处理前后碳纤维表面性质对比

表面基团相对含量热处理前热处理后电子能谱分析COOHC = 0或C-OHC5.3817.7076.928.3319.9171.76比表面（m²/g)133320.2