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摘要
本发明公开一种电化学储能用纳米纤维素/氧化锌复合材料，包括如下原料组成及其重量份数：包括如下原料组成及其重量份数：纳米纤维素10～20份，氧化锌60～70份，模板剂5～10份，表面活性剂3～5份。本发明中本发明中由于纤维素的合成过程中溶液呈碱性，则得到的纤维素也呈碱性，当在碱性条件下，氧化锌会有少部分锌离子和氧离子游离出来，这些游离出来的杂离子进入材料的骨架内，形成含有杂离子的骨架结构，有利于提高电化学储能容量，同时加入是三乙胺模板剂的能够使得纳米纤维素/氧化锌复合材料在后续晶化过程中得到有序的孔道结构，有序的孔道结构材料相对性能较稳定，应用于电化学储能中可以发挥更有效的功能。
权利要求书
1.一种电化学储能用纳米纤维素/氧化锌复合材料，包括如下原料组成及其重量份数：纳米纤维素10～20份，氧化锌60～70份，模板剂5～10份，表面活性剂3～5份；所述纳米纤维素/氧化锌复合材料的制备步骤如下：S1：纤维素的制备方法如下：取木浆与去离子水按照质量比1：5加入烧杯中，搅拌至分散均匀，得到木浆分散液，加入木浆分散液质量三分之一的溴化钠，继续搅拌1～2h，在搅拌过程中加入氢氧化钠，调节pH＝8～9，搅拌顺利完成后，抽滤，洗涤，干燥，磨成粉末，得到纤维素；S2：氧化锌的制备方法如下：取氧化锌粉末，放入马弗炉中400℃焙烧4h，冷却至室温后，得到本次实验所需要的氧化锌；S3：纳米纤维素/氧化锌复合材料制备方法如下：取纳米纤维素放入250ml烧杯中，加入一定量去离子水，常温搅拌0.5～1h，分3次加入氧化锌后，用滴管缓慢滴加模板剂，溶液渐渐变得较为粘稠，增加搅拌桨转速，用铁子固定烧杯，搅拌1～2h后停止搅拌；取250ml反应釜，将上述搅拌好的溶液倒入反应釜中，在反应釜中加入表面活性剂，将反应釜封口后放入200℃烘箱中晶化48h后，戴上防高温手套取出后，冷却至室温，打开后先过滤，后洗涤，将滤饼放入100℃烘箱中烘干，取出后磨成粉末，放入管式炉，氮气氛围下350℃焙烧6h，冷却至室温后得到纳米纤维素/氧化锌复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种电化学储能用纳米纤维素/氧化锌复合材料，其特征在于，步骤S3中所述的搅拌转速为200～250r/min，步骤S3中所述增加搅拌桨转速，增加至250～300r/min。
3.根据权利要求1所述的一种电化学储能用纳米纤维素/氧化锌复合材料，其特征在于，所述马弗炉与管式炉的升温速率均为10℃/min。
4.根据权利要求1所述的一种电化学储能用纳米纤维素/氧化锌复合材料，其特征在于，步骤S3中3次加入氧化锌的间隔时间为10min，且氧化锌加入后立刻进行搅拌。
5.根据权利要求1所述的一种电化学储能用纳米纤维素/氧化锌复合材料，其特征在于，步骤S3中所述250ml反应釜内衬为聚四氟乙烯材料。
6.根据权利要求1所述的一种电化学储能用纳米纤维素/氧化锌复合材料，其特征在于，纳米纤维素/氧化锌复合材料的制备操作过程均在通风橱内完成，且步骤S3中所述100℃烘箱的烘干时间为3～5h。
7.根据权利要求1所述的一种电化学储能用纳米纤维素/氧化锌复合材料，其特征在于，步骤S3中所述模板剂为三乙胺，表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵。
说明书
一种电化学储能用纳米纤维素/氧化锌复合物制备方法
技术领域
[0001]本发明属于电化学储能电极材料领域，具体涉及一种电化学储能用纳米纤维素/氧化锌复合物制备方法。
背景技术
[0002]随着科技的发展，人们生活质量不断提高，越来越多的电子产品成为人们生活所不可缺少的一部分。另一方面，化石燃料储量消耗和环境污染问题日趋严重，电动汽车的普及成为一个大的趋势。在这种前提下，对储能设备如锂离子电池提出了更高的要求，对于储能设备来说，其关键就是电极材料，因此设计开发性能优异的电极材料成为各国研究人员急需解决的问题。
发明内容
[0003]为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种电化学储能用纳米纤维素/氧化锌复合物制备方法，所制备的纳米纤维素/氧化锌复合物比表面积大，孔道结构在介孔范围内，应用到电化学储能锂离子电池领域，具有优越的电化学性能，并且其在多次充循环实验中，其电池性能影响较小。
[0004]本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
[0005]一种电化学储能用纳米纤维素/氧化锌复合材料，包括如下原料组成及其重量份数：10～20份纳米纤维素，60～70份氧化锌，5～10份模板剂，3～5份热表面活性剂；
[0006]纳米纤维素/氧化锌复合材料的制备步骤如下：
[0007]S1:纤维素的制备方法如下：
[0008]取木浆与去离子水按照质量比1：5加入烧杯中，搅拌至分散均匀，得到木浆分散液，加入木浆分散液质量三分之一的溴化钠，继续搅拌1～2h，在搅拌过程中加入氢氧化钠，调节pH＝8～9，搅拌顺利完成后，抽滤，洗涤，干燥，磨成粉末，得到纤维素；由于纤维素的合成过程中溶液呈碱性，则得到的纤维素也呈碱性，当在碱性条件下，后续纳米纤维素/氧化锌复合材料合成过程中，氧化锌会有少部分锌离子和氧离子游离出来，这些游离出来的杂离子进入材料的骨架内，形成含有杂离子的骨架结构；
[0009]S2:氧化锌的制备方法如下：
[0010]取氧化锌粉末，放入马弗炉中400℃焙烧4h，冷却至室温后，得到本次实验所需要的氧化锌；焙烧的目的是为了防止氧化锌吸潮，影响后续的实验结果；
[0011]S3:纳米纤维素/氧化锌复合材料制备方法如下：
[0012]取纳米纤维素放入250ml烧杯中，加入一定量去离子水，常温搅拌0.5～1h，分3次加入氧化锌后，用滴管缓慢滴加模板剂，溶液渐渐变得较为粘稠，增加搅拌桨转速，用铁子固定烧杯，搅拌1～2h后停止搅拌；加入模板剂的目的是使得纳米纤维素/氧化锌复合材料在后续晶化过程中得到有序的孔道结构，有序的孔道结构材料相对性能较稳定，应用于电化学储能中可以发挥更有效的功能；
[0013]取250ml反应釜，将上述搅拌好的溶液倒入反应釜中，在反应釜中加入表面活性剂，将反应釜封口后放入200℃烘箱中晶化48h后，戴上防高温手套取出后，冷却至室温，打开后先过滤，将滤饼放入100℃烘箱中烘干，取出后磨成粉末，放入管式炉，氮气氛围下350℃焙烧6h，冷却至室温后得到纳米纤维素/氧化锌复合材料；纳米纤维素/氧化锌复合材料的合成采用水热合成法，目的是在水热合成这种复杂的反应过程中，材料的内部结构会发生改变，通过不同化学原料的添加，可以人为的控制材料的内部结构，反过来又使得实验可以再次验证人们的设想。
[0014]进一步在于：步骤S3中所述的搅拌转速为200～250r/min，步骤S3中所述增加搅拌桨转速，增加至250～300r/min。
[0015]进一步在于：所述马弗炉与管式炉的升温速率均为10℃/min。
[0016]进一步在于：步骤S3中3次加入氧化锌的间隔时间为10min，且氧化锌加入后立刻进行搅拌。
[0017]进一步在于：步骤S3中所述250ml反应釜内衬为聚四氟乙烯材料。
[0018]进一步在于：纳米纤维素/氧化锌复合材料的制备操作过程均在通风橱内完成，且步骤S3中所述100℃烘箱的烘干时间为3～5h。
[0019]进一步在于：步骤S3中所述模板剂为三乙胺，表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵。
[0020]本发明的有益效果：
[0021]1、本发明中由于纤维素的合成过程中溶液呈碱性，则得到的纤维素也呈碱性，当在碱性条件下，氧化锌会有少部分锌离子和氧离子游离出来，这些游离出来的杂离子进入材料的骨架内，形成含有杂离子的骨架结构，有利于提高电化学储能容量。
[0022]2、本发明中加入是三乙胺模板剂后，使得纳米纤维素/氧化锌复合材料在后续晶化过程中得到有序的孔道结构，有序的孔道结构材料相对性能较稳定，应用于电化学储能中可以发挥更有效的功能。
具体实施方式
[0023]下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]实施例1
[0025]纳米纤维素/氧化锌复合材料的制备步骤如下：
[0026]S1:纤维素的制备方法如下：
[0027]取木浆与去离子水按照质量比1：5加入烧杯中，搅拌至分散均匀，得到木浆分散液，加入木浆分散液质量三分之一的溴化钠，继续搅拌1～2h，在搅拌过程中加入氢氧化钠，调节pH＝8～9，搅拌顺利完成后，抽滤，洗涤，干燥，磨成粉末，得到纤维素；
[0028]S2:氧化锌的制备方法如下：
[0029]取氧化锌粉末，放入马弗炉中400℃焙烧4h，冷却至室温后，得到本次实验所需要的氧化锌；
[0030]S3:纳米纤维素/氧化锌复合材料制备方法如下：
[0031]取10份纳米纤维素放入250ml烧杯中，加入一定量去离子水，常温搅拌0.5～1h，分3次加入60份氧化锌后，用滴管缓慢滴加5份模板剂三乙胺，溶液渐渐变得较为粘稠，增加搅拌桨转速，用铁子固定烧杯，搅拌1～2h后停止搅拌；
[0032]取250ml反应釜，将上述搅拌好的溶液倒入反应釜中，在反应釜中加入3份表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵，将反应釜封口后放入200℃烘箱中晶化48h后，戴上防高温手套取出后，冷却至室温，打开后先过滤，将滤饼放入100℃烘箱中烘干，取出后磨成粉末，放入管式炉，氮气氛围下350℃焙烧6h，冷却至室温后得到纳米纤维素/氧化锌复合材料。
[0033]实施例2
[0034]纳米纤维素/氧化锌复合材料的制备步骤如下：
[0035]S1:纤维素的制备方法如下：
[0036]取木浆与去离子水按照质量比1：5加入烧杯中，搅拌至分散均匀，得到木浆分散液，加入木浆分散液质量三分之一的溴化钠，继续搅拌1～2h，在搅拌过程中加入氢氧化钠，调节pH＝8～9，搅拌顺利完成后，抽滤，洗涤，干燥，磨成粉末，得到纤维素；
[0037]S2:氧化锌的制备方法如下：
[0038]取氧化锌粉末，放入马弗炉中400℃焙烧4h，冷却至室温后，得到本次实验所需要的氧化锌；
[0039]S3:纳米纤维素/氧化锌复合材料制备方法如下：
[0040]取20份纳米纤维素放入250ml烧杯中，加入一定量去离子水，常温搅拌0.5～1h，分3次加入70份氧化锌后，用滴管缓慢滴加10份模板剂三乙胺，溶液渐渐变得较为粘稠，增加搅拌桨转速，用铁子固定烧杯，搅拌1～2h后停止搅拌；
[0041]取250ml反应釜，将上述搅拌好的溶液倒入反应釜中，在反应釜中加入5份表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵，将反应釜封口后放入200℃烘箱中晶化48h后，戴上防高温手套取出后，冷却至室温，打开后先过滤，将滤饼放入100℃烘箱中烘干，取出后磨成粉末，放入管式炉，氮气氛围下350℃焙烧6h，冷却至室温后得到纳米纤维素/氧化锌复合材料。
[0042]实施例3
[0043]纳米纤维素/氧化锌复合材料的制备步骤如下：
[0044]S1:纤维素的制备方法如下：
[0045]取木浆与去离子水按照质量比1：5加入烧杯中，搅拌至分散均匀，得到木浆分散液，加入木浆分散液质量三分之一的溴化钠，继续搅拌1～2h，在搅拌过程中加入氢氧化钠，调节pH＝8～9，搅拌顺利完成后，抽滤，洗涤，干燥，磨成粉末，得到纤维素；
[0046]S2:氧化锌的制备方法如下：
[0047]取氧化锌粉末，放入马弗炉中400℃焙烧4h，冷却至室温后，得到本次实验所需要的氧化锌；
[0048]S3:纳米纤维素/氧化锌复合材料制备方法如下：
[0049]取15份纳米纤维素放入250ml烧杯中，加入一定量去离子水，常温搅拌0.5～1h，分3次加入65份氧化锌后，用滴管缓慢滴加7份模板剂三乙胺，溶液渐渐变得较为粘稠，增加搅拌桨转速，用铁子固定烧杯，搅拌1～2h后停止搅拌；
[0050]取250ml反应釜，将上述搅拌好的溶液倒入反应釜中，在反应釜中加入4份表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵，将反应釜封口后放入200℃烘箱中晶化48h后，戴上防高温手套取出后，冷却至室温，打开后先过滤，将滤饼放入100℃烘箱中烘干，取出后磨成粉末，放入管式炉，氮气氛围下350℃焙烧6h，冷却至室温后得到纳米纤维素/氧化锌复合材料。
[0051]实施例4
[0052]实施例1～3中所制备的纳米纤维素/氧化锌复合材料的比表面积及孔径分布，结果如表1所示。
[0053]表1实施例1～3中材料的比表面积及孔径分布
[0054]
[0055]从表1的结果，我们可以得出：所制备的纳米纤维素/氧化锌复合材料具有较大的比表面积，并且其平均孔径在介孔范围内，通过实施例1～3之间的对比，可以看出，不同的原料组成比例对材料的比表面积和平均孔径有一些影响。
[0056]实施例5
[0057]将实施例1～3中所制备的复合材料在电流密度为5A/g的条件下进行电化学储能性能的测试，并进行100次循环对比，测试其在电化学储能方面的寿命影响，测试数据分别为30，60和100次，测试结果见表2和表3。
[0058]表2实施例1～3中材料的电化学储能性能测试结果
[0059]
[0060]表3实施例1～3中材料的电化学储能寿命影响测试结果
[0061]
[0062]从表2和表3可以得出，所制备的纳米纤维素/氧化锌复合材料应用到电化学储能领域具有优越的性能，这是由于在材料的制备过程中，纤维素呈碱性，当在碱性条件下，氧化锌会有少部分锌离子和氧离子游离出来，这些游离出来的杂离子进入材料的骨架内，形成含有杂离子的骨架结构，杂原子骨架稳定性更好，再通过水热合成法，使得材料的内部孔径达到介孔状态，介孔状态下的材料，其内部微观结构链接较好，稳定性较佳。
[0063]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0064]以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
