本发明涉及一种基于石墨烯多元纳米氧化物的电极的制备方法及由该方法制备的电极。
背景技术：
超级电容器，它兼有静电电容器和电池的特性。能提供比静电电容器更高的能量密度，比电池高的功率密度和更长的使用寿命。电极材料是影响超级电容器性能和生产成本的最关键因素。一般储能元件的正极材料在总成本中占据40％以上的比例，并且正极材料的性能直接影响了超级电容器的各项性能指标。所以说，正极材料在超级电容器中占据核心地位。
目前业内对于超级电容器和锂电池材料的研究，都是围绕着开发不同的电极材料；寻找合适的电解质进行的。为了开发新能优异的超级电容器和电池，人们先后使用了多种电极材料。主要集中在碳基电极材料、金属氧化物电极材料和导电聚合物电极材料三大类。
碳电极材料是一种新型轻质多孔性非晶态碳素材料，具有比表面积大、孔径分布宽及导电性能好等特点。
金属氧化物电化学性能良好，在超级电容和锂电池中的应用也备受关注。
导电聚合物电极材料，是通过对有机分子设计，选择相应的聚合物结构，从而提高聚合物的性能以得到符合要求的可制备电极的材料。
采用碳材料，目前的研究成果比容量一般在300f/g以下，应用级商品化的市售超级电容器，其单电极比容量一般在100f/g以下；
采用金属氧化物，以贵金属氧化物ruo2为例，目前单电极比容量为800f/g以下；
以导电聚合物制成的单电极，比容量在700f/g以下，接近金属氧化物。
上述三大类电极材料，在最终做成电极成品时，一般的工艺方法是采用：主体材料合成制作、蒸发提纯、烘干、研磨+粘结剂+导电剂，搅拌合成；再涂覆在集流体上，经过压延、烘干制成电极材料。这种工艺方法，流程复杂、掺杂的粘结剂采用有机物降低了材料的导电性能，增加材料内阻。在充放电时会限制电子的运动，发热严重，产生安全隐患，进而导致在产品使用过程中发生燃烧或者爆炸事故。
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于石墨烯多元纳米氧化物的电极及其制作方法。可大幅度提高超级电容器的比表面积和导电性能，提高材料的比容量；提升功率密度及比能量、提高产品的安全性能及延长产品的循环使用寿命。简化材料的工艺流程，降低工业制造成本。
技术实现要素：
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种基于石墨烯多元纳米氧化物的电极的制备方法，包括以下步骤：
1.将一种可食用的浓度为30％-60％、ph值调整为7的醋酸菌溶液放入声化学处理器中，然后将纯度为85％以上的氧化石墨烯粉体加入上述溶液，所述声化学处理器采用不锈钢材料；
2.将钴酸镍空心球粉体和硅酸镁锂粉体同时加入步骤1的溶液中，所述氧化石墨烯粉体、钴酸镍空心球粉体、硅酸镁锂粉体与所述醋酸菌溶液的质量比为1-4：20-50：1-3：100；
3.利用所述声化学处理器对步骤2得到的浆料进行加热，加热温度为50℃-120℃，保温1-12小时，溶液的粘度保持在10-20cp；
4.加热完成以后，采用丝网印设备将步骤3得到的浆料印刷在作为集流体的多孔铝箔或者多孔铜箔上，再对已经涂覆浆料的铝箔或者铜箔进行底真空抽吸，使浆料牢固吸附在集流体表面；
5.用热风吹干步骤4得到的已涂覆桨料的电极箔的表面，再经过碳化炉进行结碳处理。
进一步地，所述醋酸菌溶液为红茶菌溶液。
进一步地，制备过程中不使用粘结剂。
本发明还涉及一种由上述基于石墨烯多元纳米氧化物的电极的制备方法制备的电极。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、由于采用一次加料混合工艺，浆料处理过程简化，缩短材料分布式加工所需要的设备和时间，大大降低电极制造成本。
2、采用氧化石墨烯作为石墨烯原料，降低原料成本。
3、采用商品化氧化物成品，电极合成过程无废弃物排放，制造过程对环境友好。
4、采用新型生化学处理装置，生产过程无噪声、材料处理精度高、分子粒径小，获得的电极产品比表面积大、比容量大、功率密度高、能量密度高。
5、不需要传统电极加工时的涂布机设备和电极压延设备。采用丝网印或打印技术涂覆浆料直接吸附在铝箔或铜箔上，简化了电极生产工艺、节约电极制造过程的设备成本。
6、常规的超级电容器铝箔或铜箔电极厚度为100μm，涂覆电极材料后达到1mm厚度以上。采用多孔铝箔或铜箔作为集流体，集流体厚度只有16μm，涂覆电极浆料后总厚度不到30μm；大大提高了电极的比表面积、比电容；降低电极重量，既节约了原料成本，又提高了超级电容器的比功率和比能量。
7、底真空抽吸工艺保证了浆料与铝箔或铜箔结合牢固，涂覆表面厚度均匀。无需添加粘结剂，降低了电极内阻，提高了材料的电导率、降低温升，提高了产品使用过程的安全性能。
8、采用整体电极结碳工艺，加热时间短，反应完整，电极炭包覆强度高，导电率高。醋酸菌石墨烯溶液混合的钴酸镍微球，经碳包覆以后，醋酸菌溶液形成的碳膜有更大的比表面积，增加了比电容。
附图说明
图1为根据本发明的基于石墨烯多元纳米氧化物的电极的制备方法流程图。
标号说明
1醋酸菌溶液
2氧化石墨烯粉体
3钴酸镍空心球材料和硅酸镁锂混合材料
4声化学处理器
5铝箔或铜箔
6丝网印机
7真空抽吸器
8碳化炉
9电极成品卷辊。
具体实施方式
实施例一：
一种基于石墨烯多元纳米氧化物的电极的制备方法，包括以下步骤：
1、将100ml40wt％的红茶菌溶液1，ph值调整为7，放入声化学处理器4中；再将3g纯度为85％的氧化石墨烯粉体2放入上述声化学处理器4，然后将20g钴酸镍空心球材料和2g硅酸镁锂混合材料3同时放入上述声化学处理器4；
2、将声化学处理器4设置在时间3小时，加热温度设置为80℃，开机工作。
3、监控溶液粘度，通过添加适量所述40wt％的红茶菌溶液，使处理器内部的溶液粘度其保持在15cp。
4、裁取长宽比为80*40mm的多孔铝箔或铜箔5，使之固定在真空抽吸器7的面板上面，通过丝网印机6，覆盖在铝箔或铜箔5上面；实施涂覆。
5、涂覆完成以后，移开丝网印机6，开启真空抽吸器7，时间2秒，使溶液牢固地吸附在铝箔或铜箔上，然后用热风吹干铝箔或铜箔表面。
6、抽吸步骤完成以后，将铝箔或铜箔连同夹框取下，放入碳化炉8；温度设置为130℃，时间30分钟，对电极实施碳化。碳化时间结束以后，取出电极。经过电机成品卷辊9将电极卷起。