[发明专利]一种木质基柔性复合电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种木质基柔性复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：将木材沿垂直生长方向切片，制备横切面木材基板；将基板浸入缓冲混合液中进行脱木素处理，之后冷冻干燥得到柔性木材基板；将柔性木材基板浸没于碳纳米管分散液中进行超声波‑水热处理，利用木材分级多孔结构，木质纤维素上的羟基与酸化多壁碳纳米管上的羧基形成氢键，从而使碳纳米管自组装到木材表面及孔道上得到柔性木质导电基板；将导电基板放入KMnO₄和K₂SO₄混合液中进行还原反应，最终得到所述的木质基柔性复合电极材料。本发明方法制备工艺简单，反应条件温和，有利于工业化生产，可广泛应用于电学、智能响应材料以及电磁屏蔽材料等领域。

技术领域

本发明涉及一种电极材料的制备方法，具体涉及一种木质基柔性复合电极材料的制备方法，属于木质基储能材料领域。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展，柔性便携式可穿戴电子设备因其具有高柔韧性、可拉伸，轻质的优点在各个领域显现出前所未有的应用，例如军事设备，医疗和生物监测设备，建筑行业以及家庭可穿戴电子设备。因此，柔性并且轻便的储能装置将有很大的市场需求，作为现在深受关注的储能器件之一的柔性超级电容器将会有很大的发展潜力。

超级电容器，又叫做电化学电容器，是近几十年逐渐发展起来的一种新型的能量存储和转换器件。具有比电容高、能量密度和功率密度高、充电和放电时间短、使用寿命长、使用范围广，安全性高的优点。其基本结构主要有电极，电解液和隔膜组成，其中电极材料的种类直接影响超级电容器的性能。目前超级电容器的电极材料可分为碳材料、金属氧化物材料、导电聚合物材料和复合电极材料四大类。不同的电极材料具有不同的优缺点，当被单独用作电化学电容器的电极材料时，可能会出现比能量低，电化学性能差、成本高等不足之处。而根据材料的不同制备复合电极材料，往往比单独使用一种材料制成的电极具有更多的优点，也更有助于解决上述问题，因此受到研究者的广泛关注。

要制备柔性超级电容器电极，需要柔性材料作为衬底。当前，柔性基底材料大多使用的是纤维素纸、纳米纤维素、碳纳米管，石墨烯等，从木材到纤维素纸或纳米纤维素，其制备过程不但产生大量能耗以及污染，同时也失去了木材的天然多孔特性，而将碳纳米管和石墨烯虽然性能优异，但成本高，制备工艺复杂，不适合工业化生产。天然木材是一种纤维素、半纤维素，木质素组成的多孔复合材料，其具有微孔，中孔，大孔，这为设计先进的木材基多功能材料提供了结构基础。通过部分脱除木质素，木材的孔隙率和比表面积显著提高，而且木材变得有一定的柔性，这对开发基于生物质(包括木材)的多功能先进复合材料具有深远意义。专利CN107742583A公开了一种木质基复合电极材料的制备方法，通过将木材切片并负载还原氧化石墨烯从而得到复合电极材料；专利CN109049215A公开了一种透明且导电的柔性木质基复合材料的制备方法，通过将木材切片并脱木素处理，置于导电溶液中得到了复合材料。上述制备方法或者柔性较差，或者制备工艺复杂。因此，发明一种具有良好电化学性能，高柔韧性的木质基复合电极材料并用于超级电容器是一个非常迫切的课题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的旨在提供一种绿色环保，简单易行的新型木质基柔性复合电极材料的制备方法。制备得到的超级电容器柔性电极具有优异的拉伸性能、弯曲性能。

具体的，本发明是通过如下技术方案达到的：

一种木质基柔性复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将木材沿着垂直于生长方向进行切片，得到具有横切面的木材基板。

(2)将步骤(1)中所到的木材基板浸入脱木质素溶液中，加热进行反应，反应结束后取出样品，洗净，干燥。

(3)将步骤(2)中得到的脱木素木材基板浸没于碳纳米管分散液中，负载完成后自然干燥。