專利名稱：一種負極活性材料的制備方法及電容器的制備方法
一種負極活性材料的制備方法及電容器的制備方法
技術領域：
本發明涉及電容器領域，特別涉及一種負極活性材料的制備方法及使用該負極活性材料的電容器的制備方法。背景技術：
20世紀90年代，對電動汽車的開發以及對功率脈沖電源的需求，更刺激了人們對電化學電容器的研究。目前電化學電容器的比能量仍舊比較低，而電池的比功率較低，人們正試圖從兩個方面解決這個問題(I)將電池和超級電容器聯合使用，正常工作時，由電池提供所需的動力；啟動或者需要大電流放電時，則由電容器來提供，一方面可以改善電池的低溫性能不好的缺點；可以解決用于功率要求較高的脈沖電流的應用場合，如GSM、GPRS 等。電容器和電池聯合使用可以延長電池的壽命，但這將增加電池的附件，與目前能源設備的短小輕薄等發展方向相違背。(2)利用電化學電容器和電池的原理，開發混合電容器作為新的貯能元件。
1990年Giner公司推出了貴金屬氧化物為電極材料的所謂贗電容器或稱準電容器(Pseudo-capacitor)。為進一步提高電化學電容器的比能量，1995年，D. A. Evans等提出了把理想極化電極和法拉第反應電極結合起來構成混合電容器的概念(Electrochemical Hybrid Capacitor, EHC 或稱為 Hybrid capacitor)。1997 年，ESMA 公司公開了 NiOOH/ AC混合電容器的概念，揭示了蓄電池材料和電化學電容器材料組合的新技術。2001年， G. G. Amatucci報告了有機體系鋰離子電池材料和活性炭組合的Li4Ti5012/AC電化學混合電容器，是電化學混合電容器發展的又一個里程碑。然而，此電化學混合電容器存在能量密度低的問題。
發明內容
基于此，有必要提供一種能量密度較高的負極活性材料的制備方法及使用該負極活性材料的電容器的制備方法。
一種負極活性材料的制備方法，包括以下步驟步驟一、將60 100份質量份數的氧化石墨加入水中超聲分散形成均勻分散的濃度為lg/L的氧化石墨烯溶液；步驟二、向所述氧化石墨烯溶液中加入I 20份質量份數的納米硅顆粒形成懸浮液；步驟三、將除去所述懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下升溫至200°C 1200°C后加熱I小時 10小時，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料；步驟四、將所述硅-石墨烯復合材料與30 50份質量份數的碳納米管球磨后得到負極活性材料。。
在優選的實施例中，步驟一中所述氧化石墨加入水中后超聲分散I小時形成單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液。
在優選的實施例中，步驟三中，所述混合物置于還原性氣體管式爐中以10°C IOO0C /分鐘的速度升溫至200°C 1200°C。
在優選的實施例中，步驟四中，將所述硅-石墨烯復合材料與碳納米管球磨I小時。
一種電容器的制備方法，包括如下步驟步驟一、提供正極活性材料和負極活性材料，所述負極活性材料由以下步驟制備將60 100份質量份數的氧化石墨加入水中超聲分散形成均勻分散的濃度為lg/L的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入I 20 份質量份數的納米硅顆粒形成懸浮液，將除去將所述懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下升溫至200°C 1200°C后加熱I小時 10小時，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料，將所述硅-石墨烯復合材料與30 50份質量份數的碳納米管球磨后得到負極活性材料；步驟二、分別將所述正極活性材料及所述負極活性材料分別涂敷在正極集流體及負極集流體上制備正極及負極；步驟三、將所述正極及負極與隔膜組裝后浸泡于電解液中，得到所述電容器。
在優選的實施例中，步驟一中，所述正極活性材料為碳素材料或由碳素材料和鋰離子材料摻雜形成的混合物，由碳素材料和鋰離子材料摻雜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%。
在優選的實施例中，所述鋰離子材料選自磷酸鐵鋰、鋰鎳鈷錳氧、鋰鈷氧、鋰錳氧、 鋰鎳錳氧、鋰鎳鈷氧、鋰釩氧及硅酸鐵鋰中的至少一種。
在優選的實施例中，所述碳素材料選自活性炭、碳氣凝膠、碳納米管及熱解炭中的至少一種。
在優選的實施例中，步驟二中，所述正極由以下步驟制備將所述正極活性材料與正極粘結劑、正極導電劑按質量比85 90 5 10 5 10混合形成正極材料，將所述正極材料與溶劑混合配制成正極漿料，然后將所述正極漿料涂布在正極集流體上，經干燥、 軋膜、分切后制作成正極。
在優選的實施例中，步驟二中，所述負極由以下步驟制備將所述負極活性材料、 負極粘結劑、負極導電劑按質量比85 90 5 10 5 10混合形成負極材料，將所述負極材料與溶劑混合配制成負極漿料，然后將所述負極漿料涂布在負極集流體上，經干燥、 軋膜、分切后制作成負極。
上述負極活性材料的制備方法較為簡單，制備的負極活性材料包括硅納米線和石墨烯，石墨烯不僅具備良好的導 電性，空隙分布以及高的機械性能，還具備低成本性，并且工藝簡單，易于制備，制備出來的電極材料有良好的電化學穩定性；硅具有高的理論儲鋰容量(理論值為4200mAh/g)及低的嵌鋰電位，從而使用該負極活性材料的負極具有低的電位平臺及較高的能量密度；同時，石墨烯材料與硅納米線形成的復合材料中，硅分散在石墨烯片層結構中，使負極活性材料穩定性較高，石墨烯具有良好的導電性，能很好的將電子傳到硅材料上，碳納米管能緩沖硅在充放電過程中的體積膨脹，延長使用壽命。
圖1為一實施方式的負極活性材料的制備方法流程圖2為一實施方式的電容器的制備方法流程圖3為實施例1的電容器的恒流充放電曲線圖4為實施例1制備的負極活性材料的掃描電鏡圖。
具體實施方式
下面主要結合附圖及具體實施例對負極活性材料的制備方法及使用該負極活性材料的電容器的制備方法作進一步詳細的說明。
請參閱圖1，一實施方式的負極活性材料的制備方法，包括以下步驟
步驟S12、將60 100份質量份數的氧化石墨加入水中超聲分散形成均勻分散的濃度為lg/L的氧化石墨烯溶液。
本實施方式中，氧化石墨加入水中超聲分散I小時形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液。
步驟S14、向氧化石墨烯溶液中加入I 20份質量份數的納米硅顆粒形成懸浮液。
本實施方式中，向氧化石墨烯溶液中加入納米硅顆粒后機械攪拌形成懸浮液。
步驟S16、將除去懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下升溫至 200°C 1200°C后加熱I小時 10小時，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料。
本實施方式中，還原性氣氛為氫氣氣氛。
本實施方式中，混合物置于還原性氣體管式爐中以10°C 100°C /分鐘的速度升溫至200°C 1200°C，冷卻時采用自然冷卻的方式。
步驟S18、將硅-石墨烯復合材料與30 50份質量份數的碳納米管球磨后得到負極活性材料。
本實施方式中，將硅-石墨烯復合材料與碳納米管球磨I小時。
上述負極活性材料的制備方法，制備工藝較為簡單，制備的負極活性材料包括硅納米線和石墨烯，石墨烯不僅具備良好的導電性，空隙分布以及高的機械性能，還具備低成本性，并且工藝簡單，易于制備，制備出來的電極材料有良好的電化學穩定性；硅具有高的理論儲鋰容量(理論值為4200mAh/g)及低的嵌鋰電位，從而使用該負極活性材料的負極具有低的電位平臺及較高的能量密度；同時，石墨烯材料與硅納米線形成的復合材料中，硅分散在石墨烯片層結構中，使負極活性材料穩定性較高，石墨烯具有良好的導電性，能很好的將電子傳到硅材料上，碳納米管能緩沖硅在充放電過程中的體積膨脹，延長使用壽命。
請參閱圖2，一實施方式的電容器的制備方法，包括以下步驟
步驟S22、提供正極活性材料和負極活性材料，負極活性材料由以下步驟制備將 60 100份質量份數的氧化石墨加入水中超聲分散形成均勻分散的濃度為lg/L的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入I 20份質量份數的納米娃顆粒形成懸浮液,將除去懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下升溫至200°C 1200°C后加熱I小時 10小時，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料，將所述硅-石墨烯復合材料與30 50份質量份數的碳納米管球磨后得到負極活性材料。
本實施方式中，正極活性材料為碳素材料或由碳素材料和鋰離子材料摻雜形成的混合物，混合物中碳素材料的含量為大于等于70%且小于100%。鋰離子材料選自磷酸鐵鋰、鋰鎳鈷錳氧、鋰鈷氧、鋰錳氧、鋰鎳錳氧、鋰鎳鈷氧、鋰釩氧及硅酸鐵鋰中的至少一種。碳素材料選自活性炭、碳氣凝膠、碳納米管及熱解炭中的至少一種。
本實施方式中，氧化石墨加入水中后超聲分散I小時形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液。向氧化石墨烯溶液中加入納米硅顆粒后機械攪拌形成懸浮液。
除去懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣體管式爐中以10°C 100°C /分鐘的速度升溫至200°C 1200°C，冷卻時采用自然冷卻的方式。還原性氣氛為氫氣氣氛。
將硅-石墨烯復合材料與碳納米管球磨I小時。
步驟S24、分別將正極活性材料及負極活性材料分別涂敷在正極集流體及負極集流體上制備正極及負極。
本實施方式中，將正極活性材料、正極導電劑、正極粘合劑按質量比85 90 : 5 10 : 5 10混合形成正極材料，將正極材料與溶劑混合形成正極漿料，之后將正極漿料涂布在正極集流體(鋁箔)上，經干燥、軋膜、分切后制作成正極。正極粘結劑為聚偏氟乙烯(PVDF)，正極導電劑為乙炔黑、導電炭黑或碳納米管。溶劑為N-甲基吡咯烷酮 (NMP)。正極漿料的粘度為1500-3000牛頓秒/平方米，優選為2500-3000牛頓秒/平方米。
本實施方式中，將負極活性物質、負極粘結劑、負極導電劑按質量比85 90 : 5 10 : 5 10混合形成負極材料,將負極材料與溶劑混合形成負極衆料,之后將負極漿料涂布在負極集流體(銅箔)上，經干燥、軋膜、分切后制作成負極。負極粘結劑為聚偏氟乙烯(PVDF)，負極導電劑為乙炔黑、導電炭黑或碳納米管。溶劑為N-甲基吡咯烷酮 (NMP)。負極漿料的粘度為1500-3000牛頓秒/平方米，優選為2500-3000牛頓秒/平方米。
步驟S26、將正極及負極與隔膜組裝后浸泡于電解液中，得到電容器。
本實施方式中，電解液為鋰離子電解質鹽與非水有機溶劑配制而成。鋰離子電解質鹽選自 LiPF6、LiBF4, LiBOB, LiCF3S03、LiN(SO2CF3)及 LiAsF6 中的至少一種，非水有機溶劑選自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、 碳酸丁烯酯、r-丁內酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸甲丙酯、乙酸乙酯及乙腈中的至少一種。電解液的濃度優選為lmol/L。
本實施方式中，正極極片、隔膜及負極極片依次層疊后采用卷繞的方式組裝成小卷芯，之后將多個卷芯并 聯，從而進一步提高電容器的容量。
上述電容器的制備方法較為簡單，制備的電容器的能量密度較高。
以下為具體實施例部分
實施例1
正極將正極活性材料活性炭、粘結劑(PVDF)及導電劑(乙炔黑)按質量比為 85 10 5混合形成正極材料，加入溶劑(NMP)形成粘度為2500牛頓秒/平方米的正極漿料，正極漿料涂布在鋁箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成正極。
負極(I)將80g氧化石墨加入水中超聲分散形成單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入20g納米硅顆粒形成懸浮液，將除去將所述懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下以10°C /分鐘的速度升溫至800°C后加熱5h，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料，將所述硅-石墨烯復合材料與40g碳納米管球磨I小時后得到負極活性材料；⑵將負極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(乙炔黑)按質量比為 85 10 5混合形成負極材料，加入溶劑(NMP)形成粘度為2500牛頓秒/平方米的負極漿料，負極漿料涂布在銅箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成負極。
將正極、隔膜及負極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個卷芯并聯裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電容器殼中。
按上述方式將并聯的卷芯裝入電容器殼后焊接，干燥脫水，注入濃度為lmol/L的電解液，電解液由LiPF6溶于碳酸丙烯酯及碳酸二乙酯形成的混合溶劑中形成，經充放電活化后得到本實施方式的電容器。
圖3是本實施例的電容器的恒流充放電曲線圖，其中電壓范圍為O 4伏，電流為 lA/g，設備為武漢藍電CT-2001A8點藍電容器測試系統。如圖2所示，經測試，所得電容器平均容量為4.1Ah,能量密度為66wh/kg，最大功率密度為4000W/kg。
請參閱圖4，圖4為本實施例制備的負極活性材料的掃描電鏡圖，從圖中可以看出，石墨烯與硅形成的復合材料均勻的分散在碳納米管的三維網狀結構中。
實施例2
正極將質量比為70 30的活性炭與磷酸鐵鋰材料配制成正極活性材料。將配制好的正極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(導電炭黑Super P)按質量比為85 5 10 混合形成正極材料，加入溶劑(NMP)形成粘度為1500牛頓秒/平方米的正極漿料，正極漿料涂布在鋁箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成正極。
負極(I)將IOOg氧化石墨加入水中超聲分散形成單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入Ig納米硅顆粒形成懸浮液，將除去將所述懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下以100°c /分鐘的速度升溫至1200°C后加熱lh，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料，將所述硅-石墨烯復合材料與50g碳納米管球磨I小時后得到負極活性材料；(2)將負極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(導電炭黑Super P)按質量比為85 5 10混合形成負極材料，加入溶劑(NMP)調形成粘度為1500牛頓秒/平方米的負極漿料，負極漿料涂布在銅箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成負極。
將正極、隔膜及負極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個卷芯并聯裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電容器殼中。
按上述方式將并聯的卷芯裝入電容器殼后焊接，干燥脫水，注入濃度為lmol/L的電解液，電解液由LiBOB溶于 乙腈中形成，經充放電活化后得到本實施方式的電容器。
經測試，所得電容器平均容量為4. 5Ah，能量密度為68wh/kg，最大功率密度為 5000W/kg。
實施例3
正極將質量比為80 20的活性炭與鋰鎳鈷錳氧材料配制成正極活性材料。將配制好的正極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(碳納米管)按質量比為90 5 5混合形成正極材料，加入溶劑(NMP)形成粘度為3000牛頓秒/平方米的正極漿料，正極漿料涂布在鋁箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成正極。
負極(I)將60g氧化石墨加入水中超聲分散形成單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入20g納米硅顆粒形成懸浮液，將除去將所述懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下以20°C /分鐘的速度升溫至200°C后加熱10h，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料，將所述硅-石墨烯復合材料與30g碳納米管球磨I小時后得到負極活性材料；(2)將負極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(碳納米管)按質量比為90 : 5 : 5混合形成負極材料，加入溶劑(NMP)形成粘度為3000牛頓秒/平方米的負極漿料，負極漿料涂布在銅箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成負極。
將正極、隔膜及負極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個卷芯并聯裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電容器殼中。
按上述方式將并聯的卷芯裝入電容器殼后焊接，干燥脫水，注入濃度為lmol/L的電解液，電解液由LiBF4溶于由碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯形成的混合溶劑中形成，經充放電活化后得到本實施方式的電容器。
經測試，所得電容器平均容量為5Ah，能量密度為70wh/kg，最大功率密度為 5000W/kg。
實施例4
正極將質量比為90 10的活性炭與鋰錳氧材料配制成正極活性材料。將配制好的正極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(乙炔黑)按質量比為85 10 5混合形成正極材料，加入溶劑(NMP)形成粘度為2000牛頓秒/平方米的正極漿料，正極漿料涂布在鋁箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成正極。
負極(I)將90g氧化石墨加入水中超聲分散形成單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入IOg納米硅顆粒形成懸浮液，將除去將所述懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下以50°c /分鐘的速度升溫至600°C后加熱6h，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料，將所述硅-石墨烯復合材料與45g碳納米管球磨I小時后得到負極活性材料；⑵將負極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(乙炔黑)按質量比為 85 10 5混合形成負極材料，加入溶劑(NMP)形成粘度為2000牛頓秒/平方米的負極漿料，負極漿料涂 布在銅箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成負極。
將正極、隔膜及負極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個卷芯并聯裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電容器殼中。
按上述方式將并聯的卷芯裝入電容器殼后焊接，干燥脫水，注入濃度為lmol/L的電解液，電解液由LiBF4溶于碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯形成的混合溶劑中形成，經充放電活化后得到本實施方式的超電容器。
經測試，所得電容器容量為5. 2Ah，能量密度為77wh/kg，最大功率密度為5500W/kg ο
實施例5
正極將質量比為85 15的活性炭與鋰鈷氧材料配制成正極活性材料。將配制好的正極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(碳納米管)按質量比為85 10 5混合形成正極材料，加入溶劑(NMP)形成粘度為2700牛頓秒/平方米的正極漿料，正極漿料涂布在鋁箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成正極。
負極(I)將70g氧化石墨加入水中超聲分散形成單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入15g納米硅顆粒形成懸浮液，將除去將所述懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下以70°C /分鐘的速度升溫至400°C后加熱8h，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料，將所述硅-石墨烯復合材料與35g碳納米管球磨I小時后得到負極活性材料；(2)將負極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(碳納米管)按質量比為85 : 10 5混合形成負極漿料，加入溶劑(NMP)形成粘度為2700牛頓秒/平方米的負極漿料，負極漿料涂布在銅箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成負極。
將正極、隔膜及負極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個卷芯并聯裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電容器殼中。
按上述方式將并聯的卷芯裝入電容器殼后焊接，干燥脫水，注入濃度為lmol/L的電解液，電解液由LiCF3SO3溶于乙腈中形成，經充放電活化后得到本實施方式的電容器。
經測試，所得電容器平均容量為4. 8Ah，能量密度為55wh/kg，最大功率密度為 6500W/kg。
實施例6
正極將質量比為85 15的活性炭與鋰鎳錳氧材料配制成正極活性材料。將配制好的正極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(乙炔黑)按質量比為85 10 5混合形成正極材料，加入溶劑(NMP)形成粘度為2700牛頓秒/平方米的正極漿料，正極漿料涂布在鋁箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成正極。
負極(I)將60g氧化石墨加入水中超聲分散形成單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入5g納米硅顆粒形成懸浮液，將除去將所述懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下以70°C /分鐘的速度升溫至400°C后加熱8h，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料，將所述硅-石墨烯復合材料與35g碳納米管球磨I小時后得到負極活性材料；(2)將負極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(乙炔黑)按質量比為 85 10 5混合形成負極漿料，加入溶劑(NMP)形成粘度為2700牛頓秒/平方米的負極漿料，負極漿料涂布在銅箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成負極。
將正極、隔膜及負極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個卷芯并聯裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電容器殼中。
按上述方式將并聯的卷芯裝入電容器殼后焊接，干燥脫水，注入濃度為lmol/L的電解液，電解液由LiN(SO2CF3)溶于乙腈中形成，經充放電活化后得到本實施方式的電容器。
經測試，所得電容器平均容量為4. 8Ah，能量密度為65wh/kg，最大功率密度為 6500W/kg。
實施例7
正極將質量比為85 15的活性炭與鋰鎳鈷氧材料配制成正極活性材料。將配制好的正極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(碳納米管)按質量比為85 10 5混合形成正極材料，加入溶劑(NMP)形成粘度為2700牛頓秒/平方米的正極漿料，正極漿料涂布在鋁箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成正極。
負極(I)將85g氧化石墨加入水中超聲分散形成單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入Sg納米硅顆粒形成懸浮液，將除去將所述懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下以60°C /分鐘的速度升溫至450°C后加熱7h，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料，將所述硅-石墨烯復合材料與50g碳納米管球磨I小時后得到負極活性材料；(2)將負極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(碳納米管)按質量比為 85 10 5混合形成負極漿料，加入溶劑(NMP)形成粘度為2700牛頓秒/平方米的負極漿料，負極漿料涂布在銅箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成負極。
將正極、隔膜及負極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個卷芯并聯裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電容器殼中。
按上述方式將并聯的卷芯裝入電容器殼后焊接，干燥脫水，注入濃度為lmol/L的電解液，電解液由LiAsF6溶于乙腈中形成，經充放電活化后得到本實施方式的電容器。
經測試，所得電容器平均容量為4. 5Ah，能量密度為50wh/kg，最大功率密度為 6500W/kg。
實施例8
正極將質量比為85 15的活性炭與鋰釩氧材料配制成正極活性材料。將配制好的正極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(碳納米管)按質量比為85 10 5混合形成正極材料，加入溶劑(NMP)形成粘度為2700牛頓秒/平方米的正極漿料，正極漿料涂布在鋁箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成正極。
負極(I)將60g氧化石墨加入水中超聲分散形成單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入15g納米硅顆粒形成懸浮液，將除去將所述懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下以30°C /分鐘的速度升溫至300°C后加熱9h，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料，將所述硅-石墨烯復合材料與35g碳納米管球磨I小時后得到負極活性材料；(2)將負極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(碳納米管)按質量比為85 : 10 5混合形成負極漿料，加入溶劑(NMP)形成粘度為2700牛頓秒/平方米的負極漿料，負極漿料涂布在銅箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成負極。
將正極、隔膜及負極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個卷芯并聯裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電容器殼中。
按上述方式將并聯的卷芯裝入電容器殼后焊接，干燥脫水，注入濃度為lmol/L的電解液，電解液由LiCF3SO3溶于碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯形成的混合溶劑中形成，，經充放電活化后得到本實施方式的電容器。
經測試，所得電容器平均容量為4. 2Ah，能量密度為50wh/kg，最大功 率密度為 6000W/kg。
實施例9
正極將質量比為85 15的活性炭與硅酸鐵鋰材料配制成正極活性材料。將配制好的正極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(碳納米管)按質量比為85 10 5混合形成正極材料，加入溶劑(NMP)形成粘度為2700牛頓秒/平方米的正極漿料，正極漿料涂布在鋁箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成正極。
負極(I)將70g氧化石墨加入水中超聲分散形成單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入15g納米硅顆粒形成懸浮液，將除去將所述懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下以40°C /分鐘的速度升溫至500°C后加熱8h，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料，將所述硅-石墨烯復合材料與35g碳納米管球磨I小時后得到負極活性材料；(2)將負極活性材料與粘結劑(PVDF)及導電劑(碳納米管)按質量比為85 : 10 5混合形成負極漿料，加入溶劑(NMP)形成粘度為2700牛頓秒/平方米的負極漿料，負極漿料涂布在銅箔上，之后經干燥、軋膜及分切制作成負極。
將正極、隔膜及負極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個卷芯并聯裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電容器殼中。
按上述方式將并聯的卷芯裝入電容器殼后焊接，干燥脫水，注入濃度為lmol/L的電解液，電解液由LiBF4溶于碳酸甲乙烯酯及碳酸二乙酯形成的混合溶劑中形成，經充放電活化后得到本實施方式的電容器。
經測試，所得電容器平均容量為4. 3Ah，能量密度為50wh/kg，最大功率密度為 5000W/kg。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通 技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種負極活性材料的制備方法，包括以下步驟 步驟一、將60 100份質量份數的氧化石墨加入水中超聲分散形成均勻分散的濃度為lg/L的氧化石墨烯溶液； 步驟二、向所述氧化石墨烯溶液中加入I 20份質量份數的納米娃顆粒形成懸浮液； 步驟三、將除去所述懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下升溫至200°C 1200°C后加熱I小時 10小時，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料； 步驟四、將所述硅-石墨烯復合材料與30 50份質量份數的碳納米管球磨后得到負極活性材料。
2.根據權利要求1所述的負極活性材料的制備方法，其特征在于，步驟一中所述氧化石墨加入水中后超聲分散I小時形成單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液。
3.根據權利要求1所述的負極活性材料的制備方法，其特征在于，步驟三中，所述混合物置于還原性氣體管式爐中以10°c 100°C /分鐘的速度升溫至200°C 1200°C。
4.根據權利要求1所述的負極活性材料的制備方法，其特征在于，步驟四中，將所述硅-石墨烯復合材料與碳納米管球磨I小時。
5.一種電容器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一、提供正極活性材料和負極活性材料，所述負極活性材料由以下步驟制備將60 100份質量份數的氧化石墨加入水中超聲分散形成均勻分散的濃度為lg/L的氧化石墨烯溶液，向所述氧化石墨烯溶液中加入I 20份質量份數的納米硅顆粒形成懸浮液，將除去將所述懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下升溫至200°C 1200°C后加熱I小時 10小時，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料，將所述硅-石墨烯復合材料與30 50份質量份數的碳納米管球磨后得到負極活性材料； 步驟二、分別將所述正極活性材料及所述負極活性材料分別涂敷在正極集流體及負極集流體上制備正極及負極； 步驟三、將所述正極及負極與隔膜組裝后浸泡于電解液中，得到所述電容器。
6.根據權利要求5所述的電容器的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述正極活性材料為碳素材料或由碳素材料和鋰離子材料摻雜形成的混合物，由碳素材料和鋰離子材料摻雜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.根據權利要求6所述的電容器的制備方法，其特征在于，所述鋰離子材料選自磷酸鐵鋰、鋰鎳鈷錳氧、鋰鈷氧、鋰錳氧、鋰鎳錳氧、鋰鎳鈷氧、鋰釩氧及硅酸鐵鋰中的至少一種。
8.根據權利要求6所述的電容器的制備方法，其特征在于，所述碳素材料選自活性炭、碳氣凝膠、碳納米管及熱解炭中的至少一種。
9.根據權利要求5所述的電容器的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述正極由以下步驟制備將所述正極活性材料與正極粘結劑、正極導電劑按質量比85 90 5 10 5 10混合形成正極材料，將所述正極材料與溶劑混合配制成正極漿料，然后將所述正極漿料涂布在正極集流體上，經干燥、軋膜、分切后制作成正極。
10.根據權利要求5所述的電容器的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述負極由以下步驟制備將所述負極活性材料、負極粘結劑、負極導電劑按質量比85 90 5 10 5 10混合形成負極材料，將所述負極材料與溶劑混合配制成負極漿料，然后將所述負極漿料涂布在負極集流體上，經干燥、軋膜、分切后制作成負極。
全文摘要
一種負極活性材料的制備方法，包括以下步驟步驟一、將60～100份質量份數的氧化石墨加入水中超聲分散形成均勻分散的濃度為1g/L的氧化石墨烯溶液；步驟二、向所述氧化石墨烯溶液中加入1～20份質量份數的納米硅顆粒形成懸浮液；步驟三、將除去所述懸浮液中的水之后得到的混合物置于還原性氣氛下升溫至200℃～1200℃后加熱1小時～10小時，冷卻后得到硅-石墨烯復合材料；步驟四、將所述硅-石墨烯復合材料與30～50份質量份數的碳納米管球磨后得到負極活性材料。上述負極活性材料的制備方法制備的負極活性材料具有較高的能量密度。此外，還提供了一種使用該負極活性材料的電容器的制備方法。
文檔編號H01G9/00GK103000378SQ201110273758
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月15日 優先權日2011年9月15日
發明者周明杰, 鐘玲瓏, 王要兵 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術有限公司