[发明专利]一种高负载量木质素碳球的柔性电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高负载量木质素碳球的柔性电极材料的制备方法，将木质素碳球和导电聚合物的单体加入磺基水杨酸溶液中超声混合分散，再置于冰水浴中逐滴加入过硫酸铵氧化剂引发聚合，然后将聚合得到的产物过滤、洗涤，得到导电聚合物包覆的木质素碳球，再将导电聚合物包覆的木质素碳球配置成分散液，分散液与微纤化纤维素和蒸馏水共混搅拌，搅拌后经抽滤和干燥制备得到柔性电极材料成品。本发明可以解决木质素碳球分散性差、易团聚问题，提高了柔性电极材料中木质素碳球负载量低的问题，具有过程简单，原料易得的优点。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，特别涉及一种高负载量木质素碳球的柔性电极材料的制备方法。

背景技术

能源问题和环境问题是过去几十年来以及未来较长一段时期之内一直存在的挑战，如何高效且环保的存储能源是当前人类面临的重要问题，将可再生生物质资源用于开发新型储能器件可以作为一条解决能源和环境问题的有效途径。

纤维素是全球储量最大的可再生资源，微纤化纤维素取自天然纤维素，是一种纳米级纤维素材料，直径为纳米级别，长度为微米级别，其不仅价格低廉、来源广泛、可再生，而且结构独特、易于功能化改性，是一种很好的纳米材料，将其应用于超级电容器电极材料的开发符合可持续能源储存的要求。

木质素是全球储量仅次于纤维素的可再生资源，木质素碳球是由木质素直接热解所得到的炭材料，形貌成球状或半球状，表面存在大量孔隙，且表面粗糙，有起伏结构，具有廉价易得、环境友好等优点。高孔隙率的木质素碳球在化学性质上具有化学和热稳定性高的特点；在物理性质和结构上具有密度小、比表面积大等特点，并且具有优良的导电性能，是目前被广泛研究的电极材料。由木质素碳球材料制备的双电层电容器一般具有高的功率密度、优异的循环稳定性、长循环寿命特性和优良的导电性能。而且，愈创木基与紫丁香基木质素结构单元含有大量的甲基芳基醚键，经脱甲基反应后制备的多酚羟基木质素具有优异的电化学特性，酚醌互变特性使其可成为性能优异的赝电容超级电容器电极材料。基于木质素的上述资源储量与化学特性优势，研究人员已经研发出一系列生物质基超级电容器电极材料，且具有良好的电化学特性与性能稳定性。当前，木质素基超级电容器已成为研发生物质基超级电容器领域的重点研究方向。

因此，将微纤化纤维素与木质素碳球复合制备柔性超级电容器电极材料是一种有前景的研究方向。但是，由于木质素碳球的比表面积很大，碳球之间存在很强的相互作用，很容易团聚，以至于在水中难以分散，在分散浓度较高时，团聚现象变的更加严重，所以木质素碳球只能在低浓度下和微纤化纤维素复合制备柔性电极材料，这样就导致木质素碳球/微纤化纤维素柔性超级电容器电极材料中的木质素碳球负载量较低，进而导致较低的储能性能，限制了其在柔性电子设备中的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高负载量木质素碳球的柔性电极材料的制备方法。本发明可以解决木质素碳球分散性差、易团聚问题，提高了柔性电极材料中木质素碳球负载量低的问题，具有过程简单，原料易得的优点。

本发明的技术方案：一种高负载量木质素碳球的柔性电极材料的制备方法，将木质素碳球和导电聚合物的单体加入磺基水杨酸溶液中超声混合分散，再置于冰水浴中逐滴加入过硫酸铵氧化剂引发聚合，然后将聚合得到的产物过滤、洗涤，得到导电聚合物包覆的木质素碳球，再将导电聚合物包覆的木质素碳球配置成分散液，分散液与微纤化纤维素和蒸馏水共混搅拌，搅拌后经抽滤和干燥制备得到柔性电极材料成品。

上述的高负载量木质素碳球的柔性电极材料的制备方法，所述的导电聚合物包覆的木质素碳球制备过程如下：在容器中，将1-15份木质素碳球均匀分散在100-200份0.4M的磺基水杨酸水溶液中，然后在磁力搅拌的条件下，将0.1-1.5份的导电聚合物单体加到容器中，置于超声条件下混合分散20-40min，再将容器置于冰水浴中，向容器中滴加30-80份0.1M的过硫酸铵溶液引发聚合，搅拌50-70min，然后将聚合得到的产物过滤并充分洗涤至中性，得到导电聚合物包覆的木质素碳球。