CN103000378A - 一种负极活性材料的制备方法及电容器的制备方法 - Google Patents

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周明杰
钟玲珑
王要兵
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Abstract

一种负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将60～100份质量份数的氧化石墨加入水中超声分散形成均匀分散的浓度为1g/L的氧化石墨烯溶液；步骤二、向所述氧化石墨烯溶液中加入1～20份质量份数的纳米硅颗粒形成悬浮液；步骤三、将除去所述悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下升温至200℃～1200℃后加热1小时～10小时，冷却后得到硅-石墨烯复合材料；步骤四、将所述硅-石墨烯复合材料与30～50份质量份数的碳纳米管球磨后得到负极活性材料。上述负极活性材料的制备方法制备的负极活性材料具有较高的能量密度。此外，还提供了一种使用该负极活性材料的电容器的制备方法。

Description

一种负极活性材料的制备方法及电容器的制备方法
【技术领域】
本发明涉及电容器领域，特别涉及一种负极活性材料的制备方法及使用该负极活性材料的电容器的制备方法。
【背景技术】
20世纪90年代，对电动汽车的开发以及对功率脉冲电源的需求，更刺激了人们对电化学电容器的研究。目前电化学电容器的比能量仍旧比较低，而电池的比功率较低，人们正试图从两个方面解决这个问题：(1)将电池和超级电容器联合使用，正常工作时，由电池提供所需的动力；启动或者需要大电流放电时，则由电容器来提供，一方面可以改善电池的低温性能不好的缺点；可以解决用于功率要求较高的脉冲电流的应用场合，如GSM、GPRS等。电容器和电池联合使用可以延长电池的寿命，但这将增加电池的附件，与目前能源设备的短小轻薄等发展方向相违背。(2)利用电化学电容器和电池的原理，开发混合电容器作为新的贮能元件。
1990年Giner公司推出了贵金属氧化物为电极材料的所谓赝电容器或称准电容器(Pseudo-capacitor)。为进一步提高电化学电容器的比能量，1995年，D.A.Evans等提出了把理想极化电极和法拉第反应电极结合起来构成混合电容器的概念(Electrochemical Hybrid Capacitor，EHC或称为Hybrid capacitor)。1997年，ESMA公司公开了NiOOH/AC混合电容器的概念，揭示了蓄电池材料和电化学电容器材料组合的新技术。2001年，G.G.Amatucci报告了有机体系锂离子电池材料和活性炭组合的Li4Ti5O12/AC电化学混合电容器，是电化学混合电容器发展的又一个里程碑。然而，此电化学混合电容器存在能量密度低的问题。
【发明内容】
基于此，有必要提供一种能量密度较高的负极活性材料的制备方法及使用该负极活性材料的电容器的制备方法。
一种负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将60～100份质量份数的氧化石墨加入水中超声分散形成均匀分散的浓度为1g/L的氧化石墨烯溶液；步骤二、向所述氧化石墨烯溶液中加入1～20份质量份数的纳米硅颗粒形成悬浮液；步骤三、将除去所述悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下升温至200℃～1200℃后加热1小时～10小时，冷却后得到硅-石墨烯复合材料；步骤四、将所述硅-石墨烯复合材料与30～50份质量份数的碳纳米管球磨后得到负极活性材料。。
在优选的实施例中，步骤一中所述氧化石墨加入水中后超声分散1小时形成单片层均匀分散的氧化石墨烯溶液。
在优选的实施例中，步骤三中，所述混合物置于还原性气体管式炉中以10℃～100℃/分钟的速度升温至200℃～1200℃。
在优选的实施例中，步骤四中，将所述硅-石墨烯复合材料与碳纳米管球磨1小时。
一种电容器的制备方法，包括如下步骤：步骤一、提供正极活性材料和负极活性材料，所述负极活性材料由以下步骤制备：将60～100份质量份数的氧化石墨加入水中超声分散形成均匀分散的浓度为1g/L的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入1～20份质量份数的纳米硅颗粒形成悬浮液，将除去将所述悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下升温至200℃～1200℃后加热1小时～10小时，冷却后得到硅-石墨烯复合材料，将所述硅-石墨烯复合材料与30～50份质量份数的碳纳米管球磨后得到负极活性材料；步骤二、分别将所述正极活性材料及所述负极活性材料分别涂敷在正极集流体及负极集流体上制备正极及负极；步骤三、将所述正极及负极与隔膜组装后浸泡于电解液中，得到所述电容器。
在优选的实施例中，步骤一中，所述正极活性材料为碳素材料或由碳素材料和锂离子材料掺杂形成的混合物，由碳素材料和锂离子材料掺杂形成的混合物中所述碳素材料的含量大于等于70％且小于100％。
在优选的实施例中，所述锂离子材料选自磷酸铁锂、锂镍钴锰氧、锂钴氧、锂锰氧、锂镍锰氧、锂镍钴氧、锂钒氧及硅酸铁锂中的至少一种。
在优选的实施例中，所述碳素材料选自活性炭、碳气凝胶、碳纳米管及热解炭中的至少一种。
在优选的实施例中，步骤二中，所述正极由以下步骤制备：将所述正极活性材料与正极粘结剂、正极导电剂按质量比85～90∶5～10∶5～10混合形成正极材料，将所述正极材料与溶剂混合配制成正极浆料，然后将所述正极浆料涂布在正极集流体上，经干燥、轧膜、分切后制作成正极。
在优选的实施例中，步骤二中，所述负极由以下步骤制备：将所述负极活性材料、负极粘结剂、负极导电剂按质量比85～90∶5～10∶5～10混合形成负极材料，将所述负极材料与溶剂混合配制成负极浆料，然后将所述负极浆料涂布在负极集流体上，经干燥、轧膜、分切后制作成负极。
上述负极活性材料的制备方法较为简单，制备的负极活性材料包括硅纳米线和石墨烯，石墨烯不仅具备良好的导电性，空隙分布以及高的机械性能，还具备低成本性，并且工艺简单，易于制备，制备出来的电极材料有良好的电化学稳定性；硅具有高的理论储锂容量(理论值为4200mAh/g)及低的嵌锂电位，从而使用该负极活性材料的负极具有低的电位平台及较高的能量密度；同时，石墨烯材料与硅纳米线形成的复合材料中，硅分散在石墨烯片层结构中，使负极活性材料稳定性较高，石墨烯具有良好的导电性，能很好的将电子传到硅材料上，碳纳米管能缓冲硅在充放电过程中的体积膨胀，延长使用寿命。
【附图说明】
图1为一实施方式的负极活性材料的制备方法流程图；
图2为一实施方式的电容器的制备方法流程图；
图3为实施例1的电容器的恒流充放电曲线图；
图4为实施例1制备的负极活性材料的扫描电镜图。
【具体实施方式】
下面主要结合附图及具体实施例对负极活性材料的制备方法及使用该负极活性材料的电容器的制备方法作进一步详细的说明。
请参阅图1，一实施方式的负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S12、将60～100份质量份数的氧化石墨加入水中超声分散形成均匀分散的浓度为1g/L的氧化石墨烯溶液。
本实施方式中，氧化石墨加入水中超声分散1小时形成以单片层均匀分散的氧化石墨烯溶液。
步骤S14、向氧化石墨烯溶液中加入1～20份质量份数的纳米硅颗粒形成悬浮液。
本实施方式中，向氧化石墨烯溶液中加入纳米硅颗粒后机械搅拌形成悬浮液。
步骤S16、将除去悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下升温至200℃～1200℃后加热1小时～10小时，冷却后得到硅-石墨烯复合材料。
本实施方式中，还原性气氛为氢气气氛。
本实施方式中，混合物置于还原性气体管式炉中以10℃～100℃/分钟的速度升温至200℃～1200℃，冷却时采用自然冷却的方式。
步骤S18、将硅-石墨烯复合材料与30～50份质量份数的碳纳米管球磨后得到负极活性材料。
本实施方式中，将硅-石墨烯复合材料与碳纳米管球磨1小时。
上述负极活性材料的制备方法，制备工艺较为简单，制备的负极活性材料包括硅纳米线和石墨烯，石墨烯不仅具备良好的导电性，空隙分布以及高的机械性能，还具备低成本性，并且工艺简单，易于制备，制备出来的电极材料有良好的电化学稳定性；硅具有高的理论储锂容量(理论值为4200mAh/g)及低的嵌锂电位，从而使用该负极活性材料的负极具有低的电位平台及较高的能量密度；同时，石墨烯材料与硅纳米线形成的复合材料中，硅分散在石墨烯片层结构中，使负极活性材料稳定性较高，石墨烯具有良好的导电性，能很好的将电子传到硅材料上，碳纳米管能缓冲硅在充放电过程中的体积膨胀，延长使用寿命。
请参阅图2，一实施方式的电容器的制备方法，包括以下步骤：
步骤S22、提供正极活性材料和负极活性材料，负极活性材料由以下步骤制备：将60～100份质量份数的氧化石墨加入水中超声分散形成均匀分散的浓度为1g/L的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入1～20份质量份数的纳米硅颗粒形成悬浮液，将除去悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下升温至200℃～1200℃后加热1小时～10小时，冷却后得到硅-石墨烯复合材料，将所述硅-石墨烯复合材料与30～50份质量份数的碳纳米管球磨后得到负极活性材料。
本实施方式中，正极活性材料为碳素材料或由碳素材料和锂离子材料掺杂形成的混合物，混合物中碳素材料的含量为大于等于70％且小于100％。锂离子材料选自磷酸铁锂、锂镍钴锰氧、锂钴氧、锂锰氧、锂镍锰氧、锂镍钴氧、锂钒氧及硅酸铁锂中的至少一种。碳素材料选自活性炭、碳气凝胶、碳纳米管及热解炭中的至少一种。
本实施方式中，氧化石墨加入水中后超声分散1小时形成以单片层均匀分散的氧化石墨烯溶液。向氧化石墨烯溶液中加入纳米硅颗粒后机械搅拌形成悬浮液。
除去悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气体管式炉中以10℃～100℃/分钟的速度升温至200℃～1200℃，冷却时采用自然冷却的方式。还原性气氛为氢气气氛。
将硅-石墨烯复合材料与碳纳米管球磨1小时。
步骤S24、分别将正极活性材料及负极活性材料分别涂敷在正极集流体及负极集流体上制备正极及负极。
本实施方式中，将正极活性材料、正极导电剂、正极粘合剂按质量比85～90∶5～10∶5～10混合形成正极材料，将正极材料与溶剂混合形成正极浆料，之后将正极浆料涂布在正极集流体(铝箔)上，经干燥、轧膜、分切后制作成正极。正极粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，正极导电剂为乙炔黑、导电炭黑或碳纳米管。溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。正极浆料的粘度为1500-3000牛顿秒/平方米，优选为2500-3000牛顿秒/平方米。
本实施方式中，将负极活性物质、负极粘结剂、负极导电剂按质量比85～90∶5～10∶5～10混合形成负极材料，将负极材料与溶剂混合形成负极浆料，之后将负极浆料涂布在负极集流体(铜箔)上，经干燥、轧膜、分切后制作成负极。负极粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，负极导电剂为乙炔黑、导电炭黑或碳纳米管。溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。负极浆料的粘度为1500-3000牛顿秒/平方米，优选为2500-3000牛顿秒/平方米。
步骤S26、将正极及负极与隔膜组装后浸泡于电解液中，得到电容器。
本实施方式中，电解液为锂离子电解质盐与非水有机溶剂配制而成。锂离子电解质盐选自LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)及LiAsF6中的至少一种，非水有机溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、r-丁内酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸甲丙酯、乙酸乙酯及乙腈中的至少一种。电解液的浓度优选为1mol/L。
本实施方式中，正极极片、隔膜及负极极片依次层叠后采用卷绕的方式组装成小卷芯，之后将多个卷芯并联，从而进一步提高电容器的容量。
上述电容器的制备方法较为简单，制备的电容器的能量密度较高。
以下为具体实施例部分：
实施例1
正极：将正极活性材料活性炭、粘结剂(PVDF)及导电剂(乙炔黑)按质量比为85∶10∶5混合形成正极材料，加入溶剂(NMP)形成粘度为2500牛顿秒/平方米的正极浆料，正极浆料涂布在铝箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成正极。
负极：(1)将80g氧化石墨加入水中超声分散形成单片层均匀分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入20g纳米硅颗粒形成悬浮液，将除去将所述悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下以10℃/分钟的速度升温至800℃后加热5h，冷却后得到硅-石墨烯复合材料，将所述硅-石墨烯复合材料与40g碳纳米管球磨1小时后得到负极活性材料；(2)将负极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(乙炔黑)按质量比为85∶10∶5混合形成负极材料，加入溶剂(NMP)形成粘度为2500牛顿秒/平方米的负极浆料，负极浆料涂布在铜箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成负极。
将正极、隔膜及负极依次层叠后采用卷绕方式组装成小卷芯，采用16个卷芯并联装入宽度、厚度及高度分别为70mm、34mm及65mm的不锈钢电容器壳中。
按上述方式将并联的卷芯装入电容器壳后焊接，干燥脱水，注入浓度为1mol/L的电解液，电解液由LiPF6溶于碳酸丙烯酯及碳酸二乙酯形成的混合溶剂中形成，经充放电活化后得到本实施方式的电容器。
图3是本实施例的电容器的恒流充放电曲线图，其中电压范围为0～4伏，电流为1A/g，设备为武汉蓝电CT-2001A8点蓝电容器测试系统。如图2所示，经测试，所得电容器平均容量为4.1Ah，能量密度为66wh/kg，最大功率密度为4000W/kg。
请参阅图4，图4为本实施例制备的负极活性材料的扫描电镜图，从图中可以看出，石墨烯与硅形成的复合材料均匀的分散在碳纳米管的三维网状结构中。
实施例2
正极：将质量比为70∶30的活性炭与磷酸铁锂材料配制成正极活性材料。将配制好的正极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(导电炭黑Super P)按质量比为85∶5∶10混合形成正极材料，加入溶剂(NMP)形成粘度为1500牛顿秒/平方米的正极浆料，正极浆料涂布在铝箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成正极。
负极：(1)将100g氧化石墨加入水中超声分散形成单片层均匀分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入1g纳米硅颗粒形成悬浮液，将除去将所述悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下以100℃/分钟的速度升温至1200℃后加热1h，冷却后得到硅-石墨烯复合材料，将所述硅-石墨烯复合材料与50g碳纳米管球磨1小时后得到负极活性材料；(2)将负极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(导电炭黑Super P)按质量比为85∶5∶10混合形成负极材料，加入溶剂(NMP)调形成粘度为1500牛顿秒/平方米的负极浆料，负极浆料涂布在铜箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成负极。
将正极、隔膜及负极依次层叠后采用卷绕方式组装成小卷芯，采用16个卷芯并联装入宽度、厚度及高度分别为70mm、34mm及65mm的不锈钢电容器壳中。
按上述方式将并联的卷芯装入电容器壳后焊接，干燥脱水，注入浓度为1mol/L的电解液，电解液由LiBOB溶于乙腈中形成，经充放电活化后得到本实施方式的电容器。
经测试，所得电容器平均容量为4.5Ah，能量密度为68wh/kg，最大功率密度为5000W/kg。
实施例3
正极：将质量比为80∶20的活性炭与锂镍钴锰氧材料配制成正极活性材料。将配制好的正极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(碳纳米管)按质量比为90∶5∶5混合形成正极材料，加入溶剂(NMP)形成粘度为3000牛顿秒/平方米的正极浆料，正极浆料涂布在铝箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成正极。
负极：(1)将60g氧化石墨加入水中超声分散形成单片层均匀分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入20g纳米硅颗粒形成悬浮液，将除去将所述悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下以20℃/分钟的速度升温至200℃后加热10h，冷却后得到硅-石墨烯复合材料，将所述硅-石墨烯复合材料与30g碳纳米管球磨1小时后得到负极活性材料；(2)将负极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(碳纳米管)按质量比为90∶5∶5混合形成负极材料，加入溶剂(NMP)形成粘度为3000牛顿秒/平方米的负极浆料，负极浆料涂布在铜箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成负极。
将正极、隔膜及负极依次层叠后采用卷绕方式组装成小卷芯，采用16个卷芯并联装入宽度、厚度及高度分别为70mm、34mm及65mm的不锈钢电容器壳中。
按上述方式将并联的卷芯装入电容器壳后焊接，干燥脱水，注入浓度为1mol/L的电解液，电解液由LiBF4溶于由碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯形成的混合溶剂中形成，经充放电活化后得到本实施方式的电容器。
经测试，所得电容器平均容量为5Ah，能量密度为70wh/kg，最大功率密度为5000W/kg。
实施例4
正极：将质量比为90∶10的活性炭与锂锰氧材料配制成正极活性材料。将配制好的正极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(乙炔黑)按质量比为85∶10∶5混合形成正极材料，加入溶剂(NMP)形成粘度为2000牛顿秒/平方米的正极浆料，正极浆料涂布在铝箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成正极。
负极：(1)将90g氧化石墨加入水中超声分散形成单片层均匀分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入10g纳米硅颗粒形成悬浮液，将除去将所述悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下以50℃/分钟的速度升温至600℃后加热6h，冷却后得到硅-石墨烯复合材料，将所述硅-石墨烯复合材料与45g碳纳米管球磨1小时后得到负极活性材料；(2)将负极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(乙炔黑)按质量比为85∶10∶5混合形成负极材料，加入溶剂(NMP)形成粘度为2000牛顿秒/平方米的负极浆料，负极浆料涂布在铜箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成负极。
将正极、隔膜及负极依次层叠后采用卷绕方式组装成小卷芯，采用16个卷芯并联装入宽度、厚度及高度分别为70mm、34mm及65mm的不锈钢电容器壳中。
按上述方式将并联的卷芯装入电容器壳后焊接，干燥脱水，注入浓度为1mol/L的电解液，电解液由LiBF4溶于碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯形成的混合溶剂中形成，经充放电活化后得到本实施方式的超电容器。
经测试，所得电容器容量为5.2Ah，能量密度为77wh/kg，最大功率密度为5500W/kg。
实施例5
正极：将质量比为85∶15的活性炭与锂钴氧材料配制成正极活性材料。将配制好的正极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(碳纳米管)按质量比为85∶10∶5混合形成正极材料，加入溶剂(NMP)形成粘度为2700牛顿秒/平方米的正极浆料，正极浆料涂布在铝箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成正极。
负极：(1)将70g氧化石墨加入水中超声分散形成单片层均匀分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入15g纳米硅颗粒形成悬浮液，将除去将所述悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下以70℃/分钟的速度升温至400℃后加热8h，冷却后得到硅-石墨烯复合材料，将所述硅-石墨烯复合材料与35g碳纳米管球磨1小时后得到负极活性材料；(2)将负极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(碳纳米管)按质量比为85∶10∶5混合形成负极浆料，加入溶剂(NMP)形成粘度为2700牛顿秒/平方米的负极浆料，负极浆料涂布在铜箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成负极。
将正极、隔膜及负极依次层叠后采用卷绕方式组装成小卷芯，采用16个卷芯并联装入宽度、厚度及高度分别为70mm、34mm及65mm的不锈钢电容器壳中。
按上述方式将并联的卷芯装入电容器壳后焊接，干燥脱水，注入浓度为1mol/L的电解液，电解液由LiCF3SO3溶于乙腈中形成，经充放电活化后得到本实施方式的电容器。
经测试，所得电容器平均容量为4.8Ah，能量密度为55wh/kg，最大功率密度为6500W/kg。
实施例6
正极：将质量比为85∶15的活性炭与锂镍锰氧材料配制成正极活性材料。将配制好的正极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(乙炔黑)按质量比为85∶10∶5混合形成正极材料，加入溶剂(NMP)形成粘度为2700牛顿秒/平方米的正极浆料，正极浆料涂布在铝箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成正极。
负极：(1)将60g氧化石墨加入水中超声分散形成单片层均匀分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入5g纳米硅颗粒形成悬浮液，将除去将所述悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下以70℃/分钟的速度升温至400℃后加热8h，冷却后得到硅-石墨烯复合材料，将所述硅-石墨烯复合材料与35g碳纳米管球磨1小时后得到负极活性材料；(2)将负极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(乙炔黑)按质量比为85∶10∶5混合形成负极浆料，加入溶剂(NMP)形成粘度为2700牛顿秒/平方米的负极浆料，负极浆料涂布在铜箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成负极。
将正极、隔膜及负极依次层叠后采用卷绕方式组装成小卷芯，采用16个卷芯并联装入宽度、厚度及高度分别为70mm、34mm及65mm的不锈钢电容器壳中。
按上述方式将并联的卷芯装入电容器壳后焊接，干燥脱水，注入浓度为1mol/L的电解液，电解液由LiN(SO2CF3)溶于乙腈中形成，经充放电活化后得到本实施方式的电容器。
经测试，所得电容器平均容量为4.8Ah，能量密度为65wh/kg，最大功率密度为6500W/kg。
实施例7
正极：将质量比为85∶15的活性炭与锂镍钴氧材料配制成正极活性材料。将配制好的正极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(碳纳米管)按质量比为85∶10∶5混合形成正极材料，加入溶剂(NMP)形成粘度为2700牛顿秒/平方米的正极浆料，正极浆料涂布在铝箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成正极。
负极：(1)将85g氧化石墨加入水中超声分散形成单片层均匀分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入8g纳米硅颗粒形成悬浮液，将除去将所述悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下以60℃/分钟的速度升温至450℃后加热7h，冷却后得到硅-石墨烯复合材料，将所述硅-石墨烯复合材料与50g碳纳米管球磨1小时后得到负极活性材料；(2)将负极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(碳纳米管)按质量比为85∶10∶5混合形成负极浆料，加入溶剂(NMP)形成粘度为2700牛顿秒/平方米的负极浆料，负极浆料涂布在铜箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成负极。
将正极、隔膜及负极依次层叠后采用卷绕方式组装成小卷芯，采用16个卷芯并联装入宽度、厚度及高度分别为70mm、34mm及65mm的不锈钢电容器壳中。
按上述方式将并联的卷芯装入电容器壳后焊接，干燥脱水，注入浓度为1mol/L的电解液，电解液由LiAsF6溶于乙腈中形成，经充放电活化后得到本实施方式的电容器。
经测试，所得电容器平均容量为4.5Ah，能量密度为50wh/kg，最大功率密度为6500W/kg。
实施例8
正极：将质量比为85∶15的活性炭与锂钒氧材料配制成正极活性材料。将配制好的正极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(碳纳米管)按质量比为85∶10∶5混合形成正极材料，加入溶剂(NMP)形成粘度为2700牛顿秒/平方米的正极浆料，正极浆料涂布在铝箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成正极。
负极：(1)将60g氧化石墨加入水中超声分散形成单片层均匀分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入15g纳米硅颗粒形成悬浮液，将除去将所述悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下以30℃/分钟的速度升温至300℃后加热9h，冷却后得到硅-石墨烯复合材料，将所述硅-石墨烯复合材料与35g碳纳米管球磨1小时后得到负极活性材料；(2)将负极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(碳纳米管)按质量比为85∶10∶5混合形成负极浆料，加入溶剂(NMP)形成粘度为2700牛顿秒/平方米的负极浆料，负极浆料涂布在铜箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成负极。
将正极、隔膜及负极依次层叠后采用卷绕方式组装成小卷芯，采用16个卷芯并联装入宽度、厚度及高度分别为70mm、34mm及65mm的不锈钢电容器壳中。
按上述方式将并联的卷芯装入电容器壳后焊接，干燥脱水，注入浓度为1mol/L的电解液，电解液由LiCF3SO3溶于碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯形成的混合溶剂中形成，，经充放电活化后得到本实施方式的电容器。
经测试，所得电容器平均容量为4.2Ah，能量密度为50wh/kg，最大功率密度为6000W/kg。
实施例9
正极：将质量比为85∶15的活性炭与硅酸铁锂材料配制成正极活性材料。将配制好的正极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(碳纳米管)按质量比为85∶10∶5混合形成正极材料，加入溶剂(NMP)形成粘度为2700牛顿秒/平方米的正极浆料，正极浆料涂布在铝箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成正极。
负极：(1)将70g氧化石墨加入水中超声分散形成单片层均匀分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入15g纳米硅颗粒形成悬浮液，将除去将所述悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下以40℃/分钟的速度升温至500℃后加热8h，冷却后得到硅-石墨烯复合材料，将所述硅-石墨烯复合材料与35g碳纳米管球磨1小时后得到负极活性材料；(2)将负极活性材料与粘结剂(PVDF)及导电剂(碳纳米管)按质量比为85∶10∶5混合形成负极浆料，加入溶剂(NMP)形成粘度为2700牛顿秒/平方米的负极浆料，负极浆料涂布在铜箔上，之后经干燥、轧膜及分切制作成负极。
将正极、隔膜及负极依次层叠后采用卷绕方式组装成小卷芯，采用16个卷芯并联装入宽度、厚度及高度分别为70mm、34mm及65mm的不锈钢电容器壳中。
按上述方式将并联的卷芯装入电容器壳后焊接，干燥脱水，注入浓度为1mol/L的电解液，电解液由LiBF4溶于碳酸甲乙烯酯及碳酸二乙酯形成的混合溶剂中形成，经充放电活化后得到本实施方式的电容器。
经测试，所得电容器平均容量为4.3Ah，能量密度为50wh/kg，最大功率密度为5000W/kg。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将60～100份质量份数的氧化石墨加入水中超声分散形成均匀分散的浓度为1g/L的氧化石墨烯溶液；
步骤二、向所述氧化石墨烯溶液中加入1～20份质量份数的纳米硅颗粒形成悬浮液；
步骤三、将除去所述悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下升温至200℃～1200℃后加热1小时～10小时，冷却后得到硅-石墨烯复合材料；
步骤四、将所述硅-石墨烯复合材料与30～50份质量份数的碳纳米管球磨后得到负极活性材料。
2.根据权利要求1所述的负极活性材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述氧化石墨加入水中后超声分散1小时形成单片层均匀分散的氧化石墨烯溶液。
3.根据权利要求1所述的负极活性材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述混合物置于还原性气体管式炉中以10℃～100℃/分钟的速度升温至200℃～1200℃。
4.根据权利要求1所述的负极活性材料的制备方法，其特征在于，步骤四中，将所述硅-石墨烯复合材料与碳纳米管球磨1小时。
5.一种电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、提供正极活性材料和负极活性材料，所述负极活性材料由以下步骤制备：将60～100份质量份数的氧化石墨加入水中超声分散形成均匀分散的浓度为1g/L的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入1～20份质量份数的纳米硅颗粒形成悬浮液，将除去将所述悬浮液中的水之后得到的混合物置于还原性气氛下升温至200℃～1200℃后加热1小时～10小时，冷却后得到硅-石墨烯复合材料，将所述硅-石墨烯复合材料与30～50份质量份数的碳纳米管球磨后得到负极活性材料；
步骤二、分别将所述正极活性材料及所述负极活性材料分别涂敷在正极集流体及负极集流体上制备正极及负极；
步骤三、将所述正极及负极与隔膜组装后浸泡于电解液中，得到所述电容器。
6.根据权利要求5所述的电容器的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述正极活性材料为碳素材料或由碳素材料和锂离子材料掺杂形成的混合物，由碳素材料和锂离子材料掺杂形成的混合物中所述碳素材料的含量大于等于70％且小于100％。
7.根据权利要求6所述的电容器的制备方法，其特征在于，所述锂离子材料选自磷酸铁锂、锂镍钴锰氧、锂钴氧、锂锰氧、锂镍锰氧、锂镍钴氧、锂钒氧及硅酸铁锂中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的电容器的制备方法，其特征在于，所述碳素材料选自活性炭、碳气凝胶、碳纳米管及热解炭中的至少一种。
9.根据权利要求5所述的电容器的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述正极由以下步骤制备：将所述正极活性材料与正极粘结剂、正极导电剂按质量比85～90∶5～10∶5～10混合形成正极材料，将所述正极材料与溶剂混合配制成正极浆料，然后将所述正极浆料涂布在正极集流体上，经干燥、轧膜、分切后制作成正极。
10.根据权利要求5所述的电容器的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述负极由以下步骤制备：将所述负极活性材料、负极粘结剂、负极导电剂按质量比85～90∶5～10∶5～10混合形成负极材料，将所述负极材料与溶剂混合配制成负极浆料，然后将所述负极浆料涂布在负极集流体上，经干燥、轧膜、分切后制作成负极。
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