本发明属于柔性电极，尤其涉及一种基于碳纤维毡的柔性电极材料的制备方法及应用。
背景技术：
1、随着科技的发展、生活水平的提高、工业生产的革新、环境保护和监测的进步，柔性器件成为近些年来研究的热点，柔性器件广泛用于工业技术、信息生活、环境保护、科学研究等方面。作为一种柔性装置的重要部件，柔性电极的研发显得非常迫切。
2、作为电极，导电的性能很大程度上影响了柔性器件的性能与功能。
3、碳毡一般指碳纤维毡。碳纤维毡是一种用碳纤维制成的毡，具有良好的导电性能，具有高度发达的微孔结构和厚度，柔性极好，且具有一定的机械强度，用作真空炉和惰性气体炉绝热材料、热的气体或液体和熔融金属滤材、燃料电池多孔电极、催化剂载体、耐腐蚀容器复合材料衬里和复合材料。
4、发明专利202110297526.0公开了一种基于碳毡的柔性超级电容器，其正极在碳毡的碳纤维上生长包覆了一层vo2纳米带，负极只涂覆了对应量的活性炭。该方法首先严重浪费了碳毡丰富的内部空间，即碳毡内部碳纤维间巨大的空间没有得到有效利用，只在碳纤维表面生长了一层极薄的活性物质层，极大的浪费了碳纤维的内部空间，不符合寸土必争、高能量密度需求能源器件的要求。其次，通过化学生长活性物在碳纤维表面上的方法，有较大局限性，即不能以同样方法加载其它类型活性物质或加载的活性物有限，不具备通用性。第三，通过化学生长负载的活性物，负载周期长，重现性差，电极的批量性差，不适合工业大规模生产。第四，碳毡纤维上生长的极薄活性物质不足以在碳纤维之间形成有力的牵扯，增加碳毡的机械强度。第五，功能单一。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提出一种基于碳纤维毡的柔性电极材料的制备方法及应用，以克服现有技术中的上述至少一种缺陷。
2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：
3、本发明提供的基于碳纤维毡的柔性电极材料的制备方法，包括以下步骤：s1：对碳纤维毡进行除杂和/或预处理，s2：配制能够渗入碳纤维毡内部的具有电极活性物质的流体，s3：将步骤s2配制的流体与步骤s1除杂和/或预处理后的碳纤维毡充分接触，以使碳纤维毡表面包覆流体、以及碳纤维毡内部吸满流体，s4：采用物理和/或化学方法将流体的电极活性物质结合在碳纤维毡的表面、内部，s5：根据活性物质的单次载入量和电极的设计值，判断是否再次进行s3、s4步骤，若活性物质的单次载入量和电极的设计值未达到预设值，则再次进行s3、s4步骤，若活性物质的单次载入量和电极的设计值达到预设值，则进行下一步，s6：将步骤s4处理后的碳纤维毡进行加工处理，并与导电体结合，制成柔性电极。
4、优选地，步骤s1中，采用水性溶剂、有机溶剂或混合溶剂对碳纤维毡进行清洗除杂，采用物理和/或化学方法的修饰和/或改性对碳纤维毡的表面进行预处理。
5、优选地，水性溶剂为以水为溶剂的酸、碱、氧化剂、表面活性剂中的一种或复配而得，有机溶剂为极性有机溶剂、非极性有机溶剂或混合有机溶剂，物理方法的修饰包括对碳纤维毡的表面溶解、刮除、吸附、涂覆、镀膜、粘结中的至少一种，化学方法的修饰包括对碳纤维毡的表面沉积、电沉积或化学官能团化修饰中的至少一种，化学方法的改性包括通过使用化学方法，使碳纤维毡表面增加羟基、羧基、酰基、酯基、氨基或磺酸基官能团，或分解去除碳纤维毡表面污染物、多余的官能团，或对碳纤维毡的表面电聚合、电氧化、电还原、电吸附。具体的，用水溶液、有机溶剂或离子溶剂为电解液，进行电解电活化，电沉积，或使用化学反应在溶液中对碳毡表面进行化学沉积或化学处理。
6、优选地，步骤s2中，流体以水、有机溶剂或混合溶剂为溶剂，流体还包括粘合剂、导电剂、渗透剂中的至少一个。
7、优选地，步骤s3具体包括：将步骤s2配制的流体倒入或涂覆在步骤s1除杂和/或预处理后的碳纤维毡，或将步骤s1除杂和/或预处理后的碳纤维毡浸泡于步骤s2配制的流体中。
8、优选地，步骤s4具体包括：采用胶合、沉淀、沉积、吸附、结晶、粘合、包裹、缠绕、镶嵌、电聚合、电沉积、加热、自然挥发中的至少一种将流体的电极活性物质结合在碳纤维毡的表面、内部。
9、优选地，流体中的固体物质经过粉末化处理或采用粉末化的固体物质与流体中的其余物质混合均匀，或在混合的时候对所有原料进行粉碎并混合均匀。
10、优选地，有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、汽油类溶剂中的一种或组合，活性物质为氧化钌、活性炭、铁、钴、镍、锰的氧化物、石墨烯、聚吡咯及衍生物、聚噻吩及衍生物、聚苯胺及衍生物、聚吡咯及衍生物包覆的碳纳米管、聚噻吩及衍生包覆的碳纳米管、聚苯胺及衍生物包覆的碳纳米管、石墨烯、铁、钴、镍、锰的氧化物，碳纳米管或石墨粉中的一种或组合，导电剂为乙炔黑、科琴黑、石墨粉、金属粉末、金属丝或可导电的金属氧化物，粘合剂为以聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏二氟乙烯或聚氨酯作为粘合剂的聚合物和/或其单体或引发物组合而成的粘合剂，渗透剂为有机溶剂的水溶液或表面活性剂的水溶液。
11、优选地，导电剂、活性物质和粘合剂的质量比为(0.01-60)：(0.01-60)：(0.01-90)。
12、本发明还提供一种上述的基于碳纤维毡的柔性电极材料的制备方法制备的柔性电极材料在制备超级电容器、传感器、柔性的电氧化电极、柔性的电絮凝电极或柔性的电池电极中的应用。
13、本发明的有益效果为：
14、1、本发明充分利用碳纤维毡的空间结构、导电性和柔性，可以根据需求，相当于在其内部“填装”了相应的、不同的电极活性物质，非常容易实现，且可很有选择性地制备多种功能化、多种用途的柔性电极，而不是仅仅局限于某个功能(比如超级电容器)。
15、2、通过制备电极浆料(溶液)的方法，把电极的制作和功能材料的合成分开，功能化的电极活性物质以原料的形式嵌入电极内部，而不在制作电极的时候再进行合成，这样可以避免复杂的化学反应对电极性能的影响，也简化了电极制作流程和工艺，提升了良品率，提高重现性和可重复性，实现了柔性电极性能的稳定性和均一性。
16、3、功能材料在电极外部合成，保证同一制作电极过程中，功能材料物质性能的稳定性，不受电极制作过程中诸多参数的影响，成为性能稳定的原料。
17、4、灌入制备好的电极浆料(溶液)的过程仍然兼容、并不排斥和限制了功能材料物质可以在柔性电极内部制作的可能，同样可以实现类似电聚合，电沉积，化学沉积，适用于一些过程简单，易于控制的反应。
18、5、电极中电极活性物与碳纤维毡或碳毡纤维结合的过程更灵活多样：电极活性物质在碳纤维毡内的沉积与固定，可以通过溶剂的去除来进行，也可以通过溶液(浆料)添加的粘结性物质进行粘合(结合)固定。
19、6、通过添加粘合剂(粘结剂)的粘结、电极活性物质在碳纤维毡上结合与固定，以碳纤维毡为支撑框架的柔性电极强度进一步得到增强，可以通过某些弹性粘结剂(高分子聚合物例如聚乙烯醇、聚氨酯等)的结合，电极在柔性的基础上增加了弹性或强度。
20、7、碳纤维毡成品的厚度有多种规格，并且碳纤维毡内部空腔的占比很大，在容量和能量密度有要求的场合，可以根据需求增加内部物质的填充量，自由选择度大，灵活度大，扩展空间也大。