本发明属于新型功能材料技术领域，具体涉及一种超级电容器的新型锂离子电极材料。
背景技术：
超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，其容量可达几百至上千法。与传统电容器相比，它具有较大的容量、比能量或能力密度，较宽的工作温度范围和极长的使用寿命；而与蓄电池相比，它又具有较高的比功率，且对环境无污染。超级电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型元器件。当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力及原子间力的作用，使固液界面出现稳定和符号相反的双层电荷，称其为界面双层。把双电层超级电容看成是悬在电解质中的2个非活性多孔板，电压加载到2个板上。加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。双电层电容器根据电极材料的不同，可以分为碳电极双层超级电容器、金属氧化物电极超级电容器和有机聚合物电极超级电容器。
随着电子信息技术的日新月异，数码电子产品的更新换代速度越来越快，以平板电视(lcd和pdp)、笔记本电脑、数码相机等产品为主的消费类电子产品产销量持续增长，带动了电容器产业增长，并且更多规模的应用在向绿色能源、国防、医疗、交通设备、无线通讯等领域发展，服务于社会。而电容器的电极性能直接关系到电容器的电容量以及使用寿命的长短。锂离子电池具有能量密度高，循环使用寿命长等优点，但在锂离子超级电容器中，存在着利用率低、扩散速度慢、易极化等问题，制约了锂离子超级电容器的发展。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种超级电容器的新型锂离子电极材料，提高了锂离子电极的电荷传导和物质运输，降低极化率，充放电速率快，能够存贮更多的能量，可以阻止自放电。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种超级电容器的新型锂离子电极材料，按照重量份计由以下成分制成：碳酸锂9.5-9.8份、钛酸丁酯5.1-5.4份、正硅酸乙酯3.6-3.8份、氨丙基三乙氧基硅烷0.25-0.30份、稀盐酸25-30份、无水乙醇18-20份、氨水溶液35-40份；其制备方法包括以下步骤：
（1）向四口烧瓶中加入碳酸锂、稀盐酸，搅拌下升温至65-70℃，在25-28℃下，将钛酸丁酯在搅拌下缓慢加入到无水乙醇中，配制得到a溶液，将a溶液滴加至四口烧瓶中，通入氮气，继续升温至85-88℃，关闭氮气，保温回流反应2.0-3.0小时，反应结束后冷却至45-55℃，加碳酸钠溶液调节ph值在5.8-6.0范围，搅拌下自然冷却至室温，倒去上澄清液，得到的沉淀物进行离心分离洗涤，使用去离子水离心洗涤3-5次，置于90-100℃烘箱中干燥2-3小时；
（2）将步骤（1）制备得到的干燥固体置于坩埚中研磨50-60分钟，然后置于氨水溶液中浸泡3-4小时，在搅拌下加入正硅酸乙酯、氨丙基三乙氧基硅烷，升温至30-34℃，保温下持续搅拌2-3小时，然后超声处理10-15分钟，形成均一状态，转移至马弗炉中进行升温反应，第一阶段升温至430-440℃，保温煅烧1.5-2.0小时，第二阶段升温至700-720℃，保温煅烧70-80分钟，随炉自然冷却至室温得到所述锂离子电极材料。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述碳酸钠溶液质量浓度为35-38%。
作为对上述方案的进一步描述，所述锂离子电极材料的粒径大小在70-80纳米之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述氨水溶液质量浓度为60-65%。
作为对上述方案的进一步描述，所述稀盐酸ph值在3.0-3.3之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述马弗炉中升温速度为1.6-1.8℃/分钟。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有的锂离子超级电容器中，存在着利用率低、扩散速度慢、易极化等问题，本发明提供了一种超级电容器的新型锂离子电极材料，通过向碳酸锂中引入钛离子、硅氧键，利用纳米材料的结构和形貌，从而提高锂电池材料电子电导率，制备得到结构稳定的新型锂离子电极材料，反应活性强，提高了锂离子电极的电荷传导和物质运输，降低极化率，充放电速率快，能够存贮更多的能量，可以阻止自放电，进一步应用在超级电容器上，具有比电容高、导电性好、成本低、适用范围广、循环使用寿命长等优点，并且具有充放电快、电容量保持率高等性能，本发明采用的超级电容器的新型锂离子电极材料解决了现有的锂离子超级电容器中，存在着利用率低、扩散速度慢、易极化等问题，使得锂离子超级电容器性能得到大幅度提升、对温度适应性强、经济效益提升、安全无毒，兼顾了锂离子超级电容器电极功能效果和使用寿命的提高，降低了成本，提高了超级电容器电极材料的开发利用，能够实现促进电容器行业发展，提高在电子、生物、医学等领域的应用价值的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种超级电容器的新型锂离子电极材料，按照重量份计由以下成分制成：碳酸锂9.5份、钛酸丁酯5.1份、正硅酸乙酯3.6份、氨丙基三乙氧基硅烷0.25份、稀盐酸25份、无水乙醇18份、氨水溶液35份；其制备方法包括以下步骤：
（1）向四口烧瓶中加入碳酸锂、稀盐酸，搅拌下升温至65℃，在25℃下，将钛酸丁酯在搅拌下缓慢加入到无水乙醇中，配制得到a溶液，将a溶液滴加至四口烧瓶中，通入氮气，继续升温至85℃，关闭氮气，保温回流反应2.0小时，反应结束后冷却至45℃，加碳酸钠溶液调节ph值在5.8-6.0范围，搅拌下自然冷却至室温，倒去上澄清液，得到的沉淀物进行离心分离洗涤，使用去离子水离心洗涤3次，置于90℃烘箱中干燥2小时；
（2）将步骤（1）制备得到的干燥固体置于坩埚中研磨50分钟，然后置于氨水溶液中浸泡3小时，在搅拌下加入正硅酸乙酯、氨丙基三乙氧基硅烷，升温至30℃，保温下持续搅拌2小时，然后超声处理10分钟，形成均一状态，转移至马弗炉中进行升温反应，第一阶段升温至430℃，保温煅烧1.5小时，第二阶段升温至700℃，保温煅烧70分钟，随炉自然冷却至室温得到所述锂离子电极材料。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述碳酸钠溶液质量浓度为35%。
作为对上述方案的进一步描述，所述锂离子电极材料的粒径大小在70-80纳米之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述氨水溶液质量浓度为60%。
作为对上述方案的进一步描述，所述稀盐酸ph值在3.0-3.3之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述马弗炉中升温速度为1.6℃/分钟。
实施例2
一种超级电容器的新型锂离子电极材料，按照重量份计由以下成分制成：碳酸锂9.6份、钛酸丁酯5.2份、正硅酸乙酯3.7份、氨丙基三乙氧基硅烷0.28份、稀盐酸28份、无水乙醇19份、氨水溶液38份；其制备方法包括以下步骤：
（1）向四口烧瓶中加入碳酸锂、稀盐酸，搅拌下升温至68℃，在26℃下，将钛酸丁酯在搅拌下缓慢加入到无水乙醇中，配制得到a溶液，将a溶液滴加至四口烧瓶中，通入氮气，继续升温至86℃，关闭氮气，保温回流反应2.5小时，反应结束后冷却至50℃，加碳酸钠溶液调节ph值在5.8-6.0范围，搅拌下自然冷却至室温，倒去上澄清液，得到的沉淀物进行离心分离洗涤，使用去离子水离心洗涤4次，置于95℃烘箱中干燥2.5小时；
（2）将步骤（1）制备得到的干燥固体置于坩埚中研磨55分钟，然后置于氨水溶液中浸泡3.5小时，在搅拌下加入正硅酸乙酯、氨丙基三乙氧基硅烷，升温至32℃，保温下持续搅拌2.5小时，然后超声处理12分钟，形成均一状态，转移至马弗炉中进行升温反应，第一阶段升温至435℃，保温煅烧1.8小时，第二阶段升温至710℃，保温煅烧75分钟，随炉自然冷却至室温得到所述锂离子电极材料。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述碳酸钠溶液质量浓度为36%。
作为对上述方案的进一步描述，所述锂离子电极材料的粒径大小在70-80纳米之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述氨水溶液质量浓度为62%。
作为对上述方案的进一步描述，所述稀盐酸ph值在3.0-3.3之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述马弗炉中升温速度为1.7℃/分钟。
实施例3
一种超级电容器的新型锂离子电极材料，按照重量份计由以下成分制成：碳酸锂9.8份、钛酸丁酯5.4份、正硅酸乙酯3.8份、氨丙基三乙氧基硅烷0.30份、稀盐酸30份、无水乙醇20份、氨水溶液40份；其制备方法包括以下步骤：
（1）向四口烧瓶中加入碳酸锂、稀盐酸，搅拌下升温至70℃，在28℃下，将钛酸丁酯在搅拌下缓慢加入到无水乙醇中，配制得到a溶液，将a溶液滴加至四口烧瓶中，通入氮气，继续升温至88℃，关闭氮气，保温回流反应3.0小时，反应结束后冷却至55℃，加碳酸钠溶液调节ph值在5.8-6.0范围，搅拌下自然冷却至室温，倒去上澄清液，得到的沉淀物进行离心分离洗涤，使用去离子水离心洗涤5次，置于100℃烘箱中干燥3小时；
（2）将步骤（1）制备得到的干燥固体置于坩埚中研磨60分钟，然后置于氨水溶液中浸泡4小时，在搅拌下加入正硅酸乙酯、氨丙基三乙氧基硅烷，升温至34℃，保温下持续搅拌3小时，然后超声处理15分钟，形成均一状态，转移至马弗炉中进行升温反应，第一阶段升温至440℃，保温煅烧2.0小时，第二阶段升温至720℃，保温煅烧80分钟，随炉自然冷却至室温得到所述锂离子电极材料。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述碳酸钠溶液质量浓度为38%。
作为对上述方案的进一步描述，所述锂离子电极材料的粒径大小在70-80纳米之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述氨水溶液质量浓度为65%。
作为对上述方案的进一步描述，所述稀盐酸ph值在3.0-3.3之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述马弗炉中升温速度为1.8℃/分钟。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，锂离子电极材料制备中，省略所述钛酸丁酯的添加使用，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，锂离子电极材料制备中，省略所述正硅酸乙酯的添加使用，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，锂离子电极材料制备中，步骤（1）中保温回流反应时间为1.5小时，其余保持一致。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，锂离子电极材料制备中，步骤（2）中马弗炉中进行升温反应，第一阶段升温至400℃，保温煅烧1.0小时，其余保持一致。
对比例5
与实施例3的区别仅在于，锂离子电极材料制备中，步骤（2）中马弗炉中进行升温反应，第二阶段升温至780℃，保温煅烧100分钟，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-5的方法制备锂离子电极材料，以钛酸锂为锂离子电极材料的方法作为对照组，以各组电极材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯按照质量比为7.8:1.0:1.0的比例进行混合，研磨均匀，然后滴加少量无水乙醇至研磨成浆糊状粘稠物质，均匀涂覆在压平的铝箔上，在95℃下干燥10小时，干燥后切割得到电极极片作为工作电极，金属锂片作为参比电极，在相同的试验条件下对各组试样进行电化学性能测试，数据达到稳定时，采集具有代表性的数据，所得实验数据为5组样品的平均值，保持试验中无关变量一致，统计有效平均值，结果如下表所示：
本发明采用的超级电容器的新型锂离子电极材料解决了现有的锂离子超级电容器中，存在着利用率低、扩散速度慢、易极化等问题，使得锂离子超级电容器性能得到大幅度提升、对温度适应性强、经济效益提升、安全无毒，兼顾了锂离子超级电容器电极功能效果和使用寿命的提高，降低了成本，提高了超级电容器电极材料的开发利用，能够实现促进电容器行业发展，提高在电子、生物、医学等领域的应用价值的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。