[发明专利]一种木基复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种木基复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：将木材进行切片处理得到横切面木材薄片；将该木材薄片在浓硝酸和二氯甲烷的混合液中进行表面酯化处理；将酯化的木材薄片经氧化石墨烯分散液浸泡后，进行冷冻及冻干处理；然后将附着氧化石墨烯的木材薄片在盛有水合肼和氨水的水热反应釜内进行还原反应；之后将还原后的石墨烯木材薄片浸入导电高分子单体与盐酸溶液的混合液中，将三氯化铁、过硫酸铵或过硫酸钾与盐酸溶液的混合液逐滴加入到上述混合中进行原位聚合反应，得到所述的木基复合电极材料。本发明还涉及由该方法制备的木基复合电极材料。

技术领域

本发明涉及电极材料领域，更具体的说，是一种木基复合电极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，以纤维素为载体的锂离子电池和超级电容器储能材料引起了前所未有的关注。尤其以纳米纤维素为载体与多种电化学活性材料(导电聚合物，如聚吡咯、聚苯胺等；纳米碳材料，如石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管等)等复合形成性能优良的新型纳米纤维素基储能材料。

纳米纤维素基储能材料优良的性能与纳米纤维素自身优异的特性密切相关，而这种优异的特性均源自于来自其原材料，比如木材。然而，从木材到木浆再到纳米纤维素，其制备、分离和提纯的一系列过程中，不但产生大量能耗以及污染，同时也失去了木材天然固有的多孔特性。因此，如能回归本源，充分利用木材与生而来的分级多孔结构，可直接利用木材细胞腔的多孔构造来制备一些新型木基功能材料。

本团队已经有将木材与聚吡咯、聚苯胺或石墨烯复合形成的木质电极材料的研究报道，但目前，现有复合方式为聚吡咯、聚苯胺原位聚合或石墨烯吸附沉积木材细胞腔表面，无法充分发挥木材细胞腔的孔洞结构。而且，天然木材具有一定的脆性，由其是较低的含水率下，容易发生开裂，导致上述木质电极在多次弯曲后，电化学性能下降，这些均限制了其电化学特性的充分发挥。因此，本领域亟需一种更好的木基复合电极材料的制备方法。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了一种木基复合电极材料及其制备方法。

本发明的方案是：

一种木基复合电极材料的制备方法，包括如下步骤，

1)将木材沿着垂直于轴向方向进行切片，得到具有横切面的木材薄片，薄片厚度为：1-500μm、最优选100-400μm；

2)将步骤1)得到的木材薄片放入有浓硝酸和二氯甲烷的混合液中，在0-20℃、最优选6-10℃下保持1-5分钟；

3)将步骤2)得到的木材薄片取出，迅速浸入沸水中，保持5-10分钟；

4)将步骤3)得到的木材薄片取出，自然晾干，然后浸泡在氧化石墨烯分散液中，保持1-3小时；

5)将步骤4)得到的木材薄片取出，冷冻处理，再经过冷冻干燥处理；

6)将步骤5)得到的木材薄片取出，浸入盛有水合肼和氨水的水热反应釜内，在80-110℃、最优选90-95℃下保持1-3小时；

7)将步骤6)得到的木材薄片取出，用去离子水洗涤干净，自然晾干，然后浸入导电高分子单体与盐酸溶液的混合液中，保持5-10分钟；

8)将三氯化铁、过硫酸铵或过硫酸钾与盐酸溶液的混合液逐滴加入到步骤7)所述的溶液当中，于0-5℃下，保持10-300分钟；

9)将在步骤8)得到的木材薄片取出，用去离子水洗涤干净，自然晾干，即得到木基复合电极材料。

在本发明优选的技术方案，步骤1)所述的木材为针叶材杉木、柳杉、云杉或阔叶散孔材椴木、桦木的其中一种的边材。