[發明專利]含有石墨烯分子結構的植物多酚樹脂炭電極材料的制備

在審

• 申請號: 201710678072.5
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107464700A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 劉紅軍;張鍵寧;張紅梅;古可隆;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 淮安美澤龍電子材料有限公司
• 主分類號: H01G11/32
• 分類號: H01G11/32;H01G11/34;H01G11/86
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明屬于超級電容活性炭通常稱為超級活性炭或炭電極材料的制備，制備的該炭電極材料具有超大的比表面積，孔集中，低灰份，和導電性好等特點，適用制造高性能電池，在新能源領域廣泛使用。

二、背景技術

在新能源領域，超級電容是近幾年才批量生產的一種無源器件，介于電池與普通電容之間，具有電容的大電流快速充放電特性，同時也有電池的儲能特性，并且重復使用壽命長，放電時利用移動導體間的電子釋放電流，從而為設備提供電源。超級電容器極長的工作壽命和快速充放電特性，在電動車輛、混合動力車輛、電動工具、電動玩具、鐵路系統、電力系統等行業得到應用。炭電極材料，具有超大的比表面積，孔集中，低灰份和導電性好等特點，是制造高性能電池，雙電層電容器的最重要的主要材料。

炭電極材料通常是以石墨礦石為原料，或者使用木質活性炭，或者煤質活性炭，或者瀝青焦油活性炭經過化學品催化活化得到的，在生產過程中為了去除雜質和提高電導率，產生了大量的廢水和廢氣，造成了難以處理的環境污染問題。為了提高電極材料的導電效果人們在材料中添加了石墨烯，眾所周知，石墨烯來源于石墨礦石，是一種有限的化石資源，目前還沒有找到一種能使用簡單方便的制備方法，得到單層或者少層結構的石墨烯材料被廣泛應用，其改性石墨烯的價格又非常昂貴。

植物多酚是存在于地球的豐富的植物資源，是可以再生的生物質原料，是儲量廣泛的天然產物，是有待開發的新資源，比如植物單寧就是其中的一種。目前還沒有關于使用植物多酚制備樹脂炭電極材料的報道。

三、發明內容

本發明針對上述問題，通過對從植物中得到的以單寧酸為代表的植物多酚化合物，經過水解，脫羧，然后加入甲醛進行縮合反應，得到植物多酚樹脂，再通過高溫固化，然后高溫炭化，在炭化反應過程中通過紅外光譜分析跟蹤炭化反應，依據紅外光譜圖數據解析表征得到植物多酚樹脂炭化物含有石墨烯分子結構，對得到的炭化物經過去離子水洗滌后再高溫活化，得到了含石墨烯分子結構的植物多酚樹脂炭電極材料。

本發明技術方案為：

使用從植物中得到的植物多酚，根據不同植物多酚原料特點，采用水解，脫羧，熱解等工藝進行預處理，然后加入甲醛進行縮合反應，得到植物多酚樹脂，再通過高溫固化，然后高溫炭化，在炭化反應過程中通過紅外光譜分析跟蹤炭化反應，依據紅外光譜圖數據解析表征得到植物多酚樹脂炭化物含有石墨烯分子結構，對得到的炭化物經過去離子水洗滌后再高溫活化，然后粉碎過200目以下標準篩，得到了含石墨烯分子結構的植物多酚樹脂炭電極材料。

以水解類單寧酸為代表其制備過程的化學反應式如下：

式中：

本發明具體采用的技術方案如下：

步驟一：植物多酚樹脂的制備

取40份的單寧酸，40份的水，20份的含30％氫氧化鈉的液體堿，加熱到80℃，恒溫攪拌2小時，加入含10％的鹽酸調整PH至3，停反應，冷至20℃，放置待析出結晶，然后過濾得到粉末狀結晶體，然后干燥至水份含量為5％以下。使用該粉末狀結晶體，在175℃加熱脫羧得到植物多酚。取得到的植物多酚45份，水45份，氫氧化鉀10份，低聚甲醛30g，放置三口瓶中，在水浴75℃，攪拌反應5小時，停反應，得到線性植物多酚樹脂，把反應物轉移至敞口器皿中，在150℃固化反應4小時，得到梯型植物多酚樹脂。

步驟二：高溫炭化制備含石墨烯結構植物多酚樹脂炭

取植物多酚樹脂，放置在瓷坩堝中，加蓋，放置在馬弗爐中，加熱至300℃恒溫2小時，取樣。繼續加熱至350℃恒溫2小時，取樣。繼續加熱至400℃恒溫2小時，取樣。繼續加熱至450℃恒溫2小時，取樣。

分別取植物多酚樹脂樣品，和炭化反應的300℃樣品，和炭化反應的350℃樣品，和炭化反應的400℃樣品，和炭化反應的450℃樣品，做紅外光譜分析，依據官能團的變化，得到炭化反應中植物多酚樹脂的分子結構變化結果，見附圖2～6，依據紅外光譜圖譜解析得到植物多酚樹脂在450℃炭化反應中生成了石墨烯分子結構。

步驟三：高溫活化制備含石墨烯結構植物多酚樹脂炭電極材料

取炭化后的植物多酚樹脂炭，使用2倍的去離子水清洗，過濾，烘干，反復2次，然后放入瓷坩堝中，加蓋，放置在馬弗爐中，加熱至850℃恒溫2小時，停加熱，放置冷至室溫，然后粉碎過200目以下標準篩，得到含石墨烯結構植物多酚樹脂炭電極材料。