本發(fā)明涉及電子材料領(lǐng)域，具體涉及一種超級(jí)電容器電極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著全球能源需求的日益增長(zhǎng)，我們不得不面對(duì)能源短缺和能源價(jià)格上漲等問題。煤炭石油等能源屬于不可再生能源，隨著使用量的增大，儲(chǔ)量會(huì)越來越少，而風(fēng)能、太陽能等可再生資源如何良好的儲(chǔ)存和提高其的使用效率就成了國內(nèi)外越來越關(guān)注的焦點(diǎn)。而作為一種新型儲(chǔ)能裝置，超級(jí)電容器由于其有很高的功率密度，很快的充放電速率和很長(zhǎng)的循環(huán)壽命受到了廣泛的關(guān)注。超級(jí)電容器，又叫電化學(xué)電容器、黃金電容、法拉電容，包括雙電層電容器和贗電容器，通過極化電解質(zhì)來儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。而超級(jí)電容器電極材料則是超級(jí)電容器性能的關(guān)鍵物質(zhì)，其性能也決定這超級(jí)電容器的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種超級(jí)電容器電極材料，具有高的比表面積和良好的電容性能。

技術(shù)方案：一種超級(jí)電容器電極材料，由以下成分以重量份制備而成：氧化石墨烯0.4-0.8份、單壁碳納米管0.2-0.5份、氫氧化鎳0.1-0.3份、氫氧化鋰0.2-0.4份、氫氧化鈷0.1-0.2份、亞硫酸氫鈉3-5份、氯化亞錫2-5份、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1-3份、γ-氨丙基三甲氧基硅烷2-4份、乙酸乙酯20-40份、濃硝酸3-5份、濃硫酸10-15份、去離子水200-300份。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的一種超級(jí)電容器電極材料，由以下成分以重量份制備而成：氧化石墨烯0.5-0.7份、單壁碳納米管0.3-0.4份、氫氧化鎳0.15-0.25份、氫氧化鋰0.25-0.35份、氫氧化鈷0.12-0.18份、亞硫酸氫鈉3.5-4.5份、氯化亞錫3-4份、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.5-2.5份、γ-氨丙基三甲氧基硅烷2.5-3.5份、乙酸乙酯25-35份、濃硝酸3.5-4.5份、濃硫酸11-14份、去離子水230-280份。

上述超級(jí)電容器電極材料的制備方法包括以下步驟：

（1） 將單壁碳納米管、濃硝酸和濃硫酸混合，放入超聲振蕩器中超聲振蕩20-30分鐘后轉(zhuǎn)移到磁力攪拌機(jī)中在溫度70-80℃下進(jìn)行攪拌3-5小時(shí)；

（2） 加入30-50份去離子水后靜置7-8小時(shí)，過濾，用蒸餾水洗至中性，放入干燥箱中烘干；

（3） 加入甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙酸乙酯，攪拌40-60分鐘， 靜置3-5小時(shí)，過濾，放入烘箱中烘干后研磨2-4小時(shí)，過200目篩；

（4） 和氧化石墨烯、氫氧化鎳、氫氧化鋰、氫氧化鈷和剩余去離子水混合攪拌10-30分鐘，加入亞硫酸氫鈉和氯化亞錫，升溫至90-100℃，攪拌反應(yīng)3-4小時(shí)；

（5） 過濾，用蒸餾水清洗，經(jīng)冷凍干燥即得。

進(jìn)一步的，所述的一種超級(jí)電容器電極材料的制備方法，所述的步驟（1）中振蕩時(shí)間為25分鐘，溫度為75℃，攪拌時(shí)間為3.5-4.5小時(shí)。

進(jìn)一步的，所述的一種超級(jí)電容器電極材料的制備方法，所述的步驟（3）中攪拌時(shí)間為45-55分鐘，靜置時(shí)間為4小時(shí)，研磨時(shí)間為3小時(shí)。

進(jìn)一步的，所述的一種超級(jí)電容器電極材料的制備方法，所述的步驟（4）中攪拌時(shí)間為15-25分鐘，升溫至95℃，反應(yīng)時(shí)間為3.5小時(shí)。

有益效果：本發(fā)明的超級(jí)電容器電極材料具有高的比表面積，同時(shí)在2mv/s、10mv/s、20mv/s和50mv/s的掃速下比電容可以分別達(dá)到956/Fg、768/Fg、389/Fg和297/Fg，具有良好的電容性能。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種超級(jí)電容器電極材料，由以下成分以重量份制備而成：氧化石墨烯0.4份、單壁碳納米管0.2份、氫氧化鎳0.1份、氫氧化鋰0.2份、氫氧化鈷0.1份、亞硫酸氫鈉3份、氯化亞錫2份、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1份、γ-氨丙基三甲氧基硅烷2份、乙酸乙酯20份、濃硝酸3份、濃硫酸10份、去離子水200份。

上述超級(jí)電容器電極材料的制備方法為：（1）將單壁碳納米管、濃硝酸和濃硫酸混合，放入超聲振蕩器中超聲振蕩20分鐘后轉(zhuǎn)移到磁力攪拌機(jī)中在溫度70℃下進(jìn)行攪拌3小時(shí)；（2）加入30份去離子水后靜置7小時(shí)，過濾，用蒸餾水洗至中性，放入干燥箱中烘干；（3）加入甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙酸乙酯，攪拌40分鐘， 靜置3小時(shí)，過濾，放入烘箱中烘干后研磨2小時(shí)，過200目篩；（4）和氧化石墨烯、氫氧化鎳、氫氧化鋰、氫氧化鈷和剩余去離子水混合攪拌10分鐘，加入亞硫酸氫鈉和氯化亞錫，升溫至90℃，攪拌反應(yīng)3小時(shí)；（5）過濾，用蒸餾水清洗，經(jīng)冷凍干燥即得。

實(shí)施例2

一種超級(jí)電容器電極材料，由以下成分以重量份制備而成：氧化石墨烯0.5份、單壁碳納米管0.3份、氫氧化鎳0.15份、氫氧化鋰0.25份、氫氧化鈷0.12份、亞硫酸氫鈉3.5份、氯化亞錫3份、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.5份、γ-氨丙基三甲氧基硅烷2.5份、乙酸乙酯25份、濃硝酸3.5份、濃硫酸11份、去離子水230份。

上述超級(jí)電容器電極材料的制備方法為：（1）將單壁碳納米管、濃硝酸和濃硫酸混合，放入超聲振蕩器中超聲振蕩25分鐘后轉(zhuǎn)移到磁力攪拌機(jī)中在溫度75℃下進(jìn)行攪拌3.5小時(shí)；（2）加入35份去離子水后靜置7.5小時(shí)，過濾，用蒸餾水洗至中性，放入干燥箱中烘干；（3）加入甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙酸乙酯，攪拌45分鐘， 靜置4小時(shí)，過濾，放入烘箱中烘干后研磨3小時(shí)，過200目篩；（4）和氧化石墨烯、氫氧化鎳、氫氧化鋰、氫氧化鈷和剩余去離子水混合攪拌15分鐘，加入亞硫酸氫鈉和氯化亞錫，升溫至95℃，攪拌反應(yīng)3.5小時(shí)；（5）過濾，用蒸餾水清洗，經(jīng)冷凍干燥即得。

實(shí)施例3

一種超級(jí)電容器電極材料，由以下成分以重量份制備而成：氧化石墨烯0.6份、單壁碳納米管0.35份、氫氧化鎳0.2份、氫氧化鋰0.3份、氫氧化鈷0.15份、亞硫酸氫鈉4份、氯化亞錫3.5份、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷2份、γ-氨丙基三甲氧基硅烷3份、乙酸乙酯30份、濃硝酸4份、濃硫酸12.5份、去離子水250份。

上述超級(jí)電容器電極材料的制備方法為：（1）將單壁碳納米管、濃硝酸和濃硫酸混合，放入超聲振蕩器中超聲振蕩25分鐘后轉(zhuǎn)移到磁力攪拌機(jī)中在溫度75℃下進(jìn)行攪拌4小時(shí)；（2）加入40份去離子水后靜置7.5小時(shí)，過濾，用蒸餾水洗至中性，放入干燥箱中烘干；（3）加入甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙酸乙酯，攪拌40-60分鐘， 靜置4小時(shí)，過濾，放入烘箱中烘干后研磨3小時(shí)，過200目篩；（4）和氧化石墨烯、氫氧化鎳、氫氧化鋰、氫氧化鈷和剩余去離子水混合攪拌20分鐘，加入亞硫酸氫鈉和氯化亞錫，升溫至95℃，攪拌反應(yīng)3.5小時(shí)；（5）過濾，用蒸餾水清洗，經(jīng)冷凍干燥即得。

實(shí)施例4

一種超級(jí)電容器電極材料，由以下成分以重量份制備而成：氧化石墨烯0.7份、單壁碳納米管0.4份、氫氧化鎳0.25份、氫氧化鋰0.35份、氫氧化鈷0.18份、亞硫酸氫鈉4.5份、氯化亞錫4份、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷2.5份、γ-氨丙基三甲氧基硅烷3.5份、乙酸乙酯35份、濃硝酸4.5份、濃硫酸14份、去離子水280份。

上述超級(jí)電容器電極材料的制備方法為：（1）將單壁碳納米管、濃硝酸和濃硫酸混合，放入超聲振蕩器中超聲振蕩25分鐘后轉(zhuǎn)移到磁力攪拌機(jī)中在溫度75℃下進(jìn)行攪拌4.5小時(shí)；（2）加入45份去離子水后靜置7.5小時(shí)，過濾，用蒸餾水洗至中性，放入干燥箱中烘干；（3）加入甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙酸乙酯，攪拌55分鐘， 靜置4小時(shí)，過濾，放入烘箱中烘干后研磨3小時(shí)，過200目篩；（4）和氧化石墨烯、氫氧化鎳、氫氧化鋰、氫氧化鈷和剩余去離子水混合攪拌25分鐘，加入亞硫酸氫鈉和氯化亞錫，升溫至95℃，攪拌反應(yīng)3.5小時(shí)；（5）過濾，用蒸餾水清洗，經(jīng)冷凍干燥即得。

實(shí)施例5

一種超級(jí)電容器電極材料，由以下成分以重量份制備而成：氧化石墨烯0.8份、單壁碳納米管0.5份、氫氧化鎳0.3份、氫氧化鋰0.4份、氫氧化鈷0.2份、亞硫酸氫鈉5份、氯化亞錫5份、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷3份、γ-氨丙基三甲氧基硅烷4份、乙酸乙酯40份、濃硝酸5份、濃硫酸15份、去離子水300份。

上述超級(jí)電容器電極材料的制備方法為：（1）將單壁碳納米管、濃硝酸和濃硫酸混合，放入超聲振蕩器中超聲振蕩30分鐘后轉(zhuǎn)移到磁力攪拌機(jī)中在溫度80℃下進(jìn)行攪拌5小時(shí)；（2）加入50份去離子水后靜置8小時(shí)，過濾，用蒸餾水洗至中性，放入干燥箱中烘干；（3）加入甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙酸乙酯，攪拌60分鐘， 靜置5小時(shí)，過濾，放入烘箱中烘干后研磨4小時(shí)，過200目篩；（4）和氧化石墨烯、氫氧化鎳、氫氧化鋰、氫氧化鈷和剩余去離子水混合攪拌30分鐘，加入亞硫酸氫鈉和氯化亞錫，升溫至100℃，攪拌反應(yīng)4小時(shí)；（5）過濾，用蒸餾水清洗，經(jīng)冷凍干燥即得。

對(duì)比例1

本實(shí)施例與實(shí)施例5的區(qū)別在于不含有氫氧化鋰和氫氧化鈷。具體地說是：

一種超級(jí)電容器電極材料，由以下成分以重量份制備而成：氧化石墨烯0.4份、單壁碳納米管0.2份、氫氧化鎳0.1份、亞硫酸氫鈉3份、氯化亞錫2份、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1份、γ-氨丙基三甲氧基硅烷2份、乙酸乙酯20份、濃硝酸3份、濃硫酸10份、去離子水200份。

上述超級(jí)電容器電極材料的制備方法為：（1）將單壁碳納米管、濃硝酸和濃硫酸混合，放入超聲振蕩器中超聲振蕩20分鐘后轉(zhuǎn)移到磁力攪拌機(jī)中在溫度70℃下進(jìn)行攪拌3小時(shí)；（2）加入30份去離子水后靜置7小時(shí)，過濾，用蒸餾水洗至中性，放入干燥箱中烘干；（3）加入甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙酸乙酯，攪拌40分鐘， 靜置3小時(shí)，過濾，放入烘箱中烘干后研磨2小時(shí)，過200目篩；（4）和氧化石墨烯、氫氧化鎳和剩余去離子水混合攪拌10分鐘，加入亞硫酸氫鈉和氯化亞錫，升溫至90℃，攪拌反應(yīng)3小時(shí)；（5）過濾，用蒸餾水清洗，經(jīng)冷凍干燥即得。

對(duì)比例2

本實(shí)施例與實(shí)施例5的區(qū)別在于不含有甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙酸乙酯。具體地說是：

一種超級(jí)電容器電極材料，由以下成分以重量份制備而成：氧化石墨烯0.4份、單壁碳納米管0.2份、氫氧化鎳0.1份、氫氧化鋰0.2份、氫氧化鈷0.1份、亞硫酸氫鈉3份、氯化亞錫2份、濃硝酸3份、濃硫酸10份、去離子水200份。

上述超級(jí)電容器電極材料的制備方法為：（1）將單壁碳納米管、濃硝酸和濃硫酸混合，放入超聲振蕩器中超聲振蕩20分鐘后轉(zhuǎn)移到磁力攪拌機(jī)中在溫度70℃下進(jìn)行攪拌3小時(shí)；（2）加入30份去離子水后靜置7小時(shí)，過濾，用蒸餾水洗至中性，放入干燥箱中烘干；（3）研磨2小時(shí)，過200目篩；（4）和氧化石墨烯、氫氧化鎳、氫氧化鋰、氫氧化鈷和剩余去離子水混合攪拌10分鐘，加入亞硫酸氫鈉和氯化亞錫，升溫至90℃，攪拌反應(yīng)3小時(shí)；（5）過濾，用蒸餾水清洗，經(jīng)冷凍干燥即得。

本發(fā)明材料在2mv/s、10mv/s、20mv/s和50mv/s的掃速下比電容可以分別達(dá)到956/Fg、768/Fg、389/Fg和297/Fg，具有良好的電容性能。

表1 超級(jí)電容器電極材料的部分性能指標(biāo)

注：比電容的測(cè)定為電位掃描窗口為0-0.45v，電解液為6mol/L的KOH溶液。