本发明涉及电子材料领域，具体涉及一种超级电容器电极材料及其制备方法。
背景技术：
随着全球能源需求的日益增长，我们不得不面对能源短缺和能源价格上涨等问题。煤炭石油等能源属于不可再生能源，随着使用量的增大，储量会越来越少，而风能、太阳能等可再生资源如何良好的储存和提高其的使用效率就成了国内外越来越关注的焦点。而作为一种新型储能装置，超级电容器由于其有很高的功率密度，很快的充放电速率和很长的循环寿命受到了广泛的关注。超级电容器，又叫电化学电容器、黄金电容、法拉电容，包括双电层电容器和赝电容器，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。而超级电容器电极材料则是超级电容器性能的关键物质，其性能也决定这超级电容器的性能。
技术实现要素：
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种超级电容器电极材料，具有高的比表面积和良好的电容性能。
技术方案：一种超级电容器电极材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯0.4-0.8份、单壁碳纳米管0.2-0.5份、氢氧化镍0.1-0.3份、氢氧化锂0.2-0.4份、氢氧化钴0.1-0.2份、亚硫酸氢钠3-5份、氯化亚锡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、浓硝酸3-5份、浓硫酸10-15份、去离子水200-300份。
进一步优选的，所述的一种超级电容器电极材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯0.5-0.7份、单壁碳纳米管0.3-0.4份、氢氧化镍0.15-0.25份、氢氧化锂0.25-0.35份、氢氧化钴0.12-0.18份、亚硫酸氢钠3.5-4.5份、氯化亚锡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、浓硝酸3.5-4.5份、浓硫酸11-14份、去离子水230-280份。
上述超级电容器电极材料的制备方法包括以下步骤：
（1） 将单壁碳纳米管、浓硝酸和浓硫酸混合，放入超声振荡器中超声振荡20-30分钟后转移到磁力搅拌机中在温度70-80℃下进行搅拌3-5小时；
（2） 加入30-50份去离子水后静置7-8小时，过滤，用蒸馏水洗至中性，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，搅拌40-60分钟， 静置3-5小时，过滤，放入烘箱中烘干后研磨2-4小时，过200目筛；
（4） 和氧化石墨烯、氢氧化镍、氢氧化锂、氢氧化钴和剩余去离子水混合搅拌10-30分钟，加入亚硫酸氢钠和氯化亚锡，升温至90-100℃，搅拌反应3-4小时；
（5） 过滤，用蒸馏水清洗，经冷冻干燥即得。
进一步的，所述的一种超级电容器电极材料的制备方法，所述的步骤（1）中振荡时间为25分钟，温度为75℃，搅拌时间为3.5-4.5小时。
进一步的，所述的一种超级电容器电极材料的制备方法，所述的步骤（3）中搅拌时间为45-55分钟，静置时间为4小时，研磨时间为3小时。
进一步的，所述的一种超级电容器电极材料的制备方法，所述的步骤（4）中搅拌时间为15-25分钟，升温至95℃，反应时间为3.5小时。
有益效果：本发明的超级电容器电极材料具有高的比表面积，同时在2mv/s、10mv/s、20mv/s和50mv/s的扫速下比电容可以分别达到956/Fg、768/Fg、389/Fg和297/Fg，具有良好的电容性能。
具体实施方式
实施例1
一种超级电容器电极材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯0.4份、单壁碳纳米管0.2份、氢氧化镍0.1份、氢氧化锂0.2份、氢氧化钴0.1份、亚硫酸氢钠3份、氯化亚锡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、浓硝酸3份、浓硫酸10份、去离子水200份。
上述超级电容器电极材料的制备方法为：（1）将单壁碳纳米管、浓硝酸和浓硫酸混合，放入超声振荡器中超声振荡20分钟后转移到磁力搅拌机中在温度70℃下进行搅拌3小时；（2）加入30份去离子水后静置7小时，过滤，用蒸馏水洗至中性，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，搅拌40分钟， 静置3小时，过滤，放入烘箱中烘干后研磨2小时，过200目筛；（4）和氧化石墨烯、氢氧化镍、氢氧化锂、氢氧化钴和剩余去离子水混合搅拌10分钟，加入亚硫酸氢钠和氯化亚锡，升温至90℃，搅拌反应3小时；（5）过滤，用蒸馏水清洗，经冷冻干燥即得。
实施例2
一种超级电容器电极材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯0.5份、单壁碳纳米管0.3份、氢氧化镍0.15份、氢氧化锂0.25份、氢氧化钴0.12份、亚硫酸氢钠3.5份、氯化亚锡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、浓硝酸3.5份、浓硫酸11份、去离子水230份。
上述超级电容器电极材料的制备方法为：（1）将单壁碳纳米管、浓硝酸和浓硫酸混合，放入超声振荡器中超声振荡25分钟后转移到磁力搅拌机中在温度75℃下进行搅拌3.5小时；（2）加入35份去离子水后静置7.5小时，过滤，用蒸馏水洗至中性，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，搅拌45分钟， 静置4小时，过滤，放入烘箱中烘干后研磨3小时，过200目筛；（4）和氧化石墨烯、氢氧化镍、氢氧化锂、氢氧化钴和剩余去离子水混合搅拌15分钟，加入亚硫酸氢钠和氯化亚锡，升温至95℃，搅拌反应3.5小时；（5）过滤，用蒸馏水清洗，经冷冻干燥即得。
实施例3
一种超级电容器电极材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯0.6份、单壁碳纳米管0.35份、氢氧化镍0.2份、氢氧化锂0.3份、氢氧化钴0.15份、亚硫酸氢钠4份、氯化亚锡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、浓硝酸4份、浓硫酸12.5份、去离子水250份。
上述超级电容器电极材料的制备方法为：（1）将单壁碳纳米管、浓硝酸和浓硫酸混合，放入超声振荡器中超声振荡25分钟后转移到磁力搅拌机中在温度75℃下进行搅拌4小时；（2）加入40份去离子水后静置7.5小时，过滤，用蒸馏水洗至中性，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，搅拌40-60分钟， 静置4小时，过滤，放入烘箱中烘干后研磨3小时，过200目筛；（4）和氧化石墨烯、氢氧化镍、氢氧化锂、氢氧化钴和剩余去离子水混合搅拌20分钟，加入亚硫酸氢钠和氯化亚锡，升温至95℃，搅拌反应3.5小时；（5）过滤，用蒸馏水清洗，经冷冻干燥即得。
实施例4
一种超级电容器电极材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯0.7份、单壁碳纳米管0.4份、氢氧化镍0.25份、氢氧化锂0.35份、氢氧化钴0.18份、亚硫酸氢钠4.5份、氯化亚锡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、浓硝酸4.5份、浓硫酸14份、去离子水280份。
上述超级电容器电极材料的制备方法为：（1）将单壁碳纳米管、浓硝酸和浓硫酸混合，放入超声振荡器中超声振荡25分钟后转移到磁力搅拌机中在温度75℃下进行搅拌4.5小时；（2）加入45份去离子水后静置7.5小时，过滤，用蒸馏水洗至中性，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，搅拌55分钟， 静置4小时，过滤，放入烘箱中烘干后研磨3小时，过200目筛；（4）和氧化石墨烯、氢氧化镍、氢氧化锂、氢氧化钴和剩余去离子水混合搅拌25分钟，加入亚硫酸氢钠和氯化亚锡，升温至95℃，搅拌反应3.5小时；（5）过滤，用蒸馏水清洗，经冷冻干燥即得。
实施例5
一种超级电容器电极材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯0.8份、单壁碳纳米管0.5份、氢氧化镍0.3份、氢氧化锂0.4份、氢氧化钴0.2份、亚硫酸氢钠5份、氯化亚锡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、浓硝酸5份、浓硫酸15份、去离子水300份。
上述超级电容器电极材料的制备方法为：（1）将单壁碳纳米管、浓硝酸和浓硫酸混合，放入超声振荡器中超声振荡30分钟后转移到磁力搅拌机中在温度80℃下进行搅拌5小时；（2）加入50份去离子水后静置8小时，过滤，用蒸馏水洗至中性，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，搅拌60分钟， 静置5小时，过滤，放入烘箱中烘干后研磨4小时，过200目筛；（4）和氧化石墨烯、氢氧化镍、氢氧化锂、氢氧化钴和剩余去离子水混合搅拌30分钟，加入亚硫酸氢钠和氯化亚锡，升温至100℃，搅拌反应4小时；（5）过滤，用蒸馏水清洗，经冷冻干燥即得。
对比例1
本实施例与实施例5的区别在于不含有氢氧化锂和氢氧化钴。具体地说是：
一种超级电容器电极材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯0.4份、单壁碳纳米管0.2份、氢氧化镍0.1份、亚硫酸氢钠3份、氯化亚锡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、浓硝酸3份、浓硫酸10份、去离子水200份。
上述超级电容器电极材料的制备方法为：（1）将单壁碳纳米管、浓硝酸和浓硫酸混合，放入超声振荡器中超声振荡20分钟后转移到磁力搅拌机中在温度70℃下进行搅拌3小时；（2）加入30份去离子水后静置7小时，过滤，用蒸馏水洗至中性，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，搅拌40分钟， 静置3小时，过滤，放入烘箱中烘干后研磨2小时，过200目筛；（4）和氧化石墨烯、氢氧化镍和剩余去离子水混合搅拌10分钟，加入亚硫酸氢钠和氯化亚锡，升温至90℃，搅拌反应3小时；（5）过滤，用蒸馏水清洗，经冷冻干燥即得。
对比例2
本实施例与实施例5的区别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。具体地说是：
一种超级电容器电极材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯0.4份、单壁碳纳米管0.2份、氢氧化镍0.1份、氢氧化锂0.2份、氢氧化钴0.1份、亚硫酸氢钠3份、氯化亚锡2份、浓硝酸3份、浓硫酸10份、去离子水200份。
上述超级电容器电极材料的制备方法为：（1）将单壁碳纳米管、浓硝酸和浓硫酸混合，放入超声振荡器中超声振荡20分钟后转移到磁力搅拌机中在温度70℃下进行搅拌3小时；（2）加入30份去离子水后静置7小时，过滤，用蒸馏水洗至中性，放入干燥箱中烘干；（3）研磨2小时，过200目筛；（4）和氧化石墨烯、氢氧化镍、氢氧化锂、氢氧化钴和剩余去离子水混合搅拌10分钟，加入亚硫酸氢钠和氯化亚锡，升温至90℃，搅拌反应3小时；（5）过滤，用蒸馏水清洗，经冷冻干燥即得。
本发明材料在2mv/s、10mv/s、20mv/s和50mv/s的扫速下比电容可以分别达到956/Fg、768/Fg、389/Fg和297/Fg，具有良好的电容性能。
表1 超级电容器电极材料的部分性能指标
注：比电容的测定为电位扫描窗口为0-0.45v，电解液为6mol/L的KOH溶液。