超級電容電池用層次孔結(jié)構(gòu)炭負(fù)極材料的制備及性能研究.pdf

1、超級電容電池是一種兼具高能量密度與高功率密度的新型儲能器件。開發(fā)超級電容電池用負(fù)極材料具有重要的意義。本文以得到具有合適孔徑結(jié)構(gòu)、高可逆容量、高比電容的優(yōu)質(zhì)負(fù)極材料為目標(biāo),創(chuàng)新性地將層次孔結(jié)構(gòu)的炭材料用作超級電容電池的負(fù)極材料。首先研究了由模板法制備的層次孔結(jié)構(gòu)炭材料(HPC)的物理和電化學(xué)儲能特性;然后采用“物理活化-模板”聯(lián)合法制備了一種高比電容、高可逆容量的局域石墨化層次孔結(jié)構(gòu)炭材料(HPGC);最后針對HPGC材料的首次不可逆容

2、量較大問題,設(shè)計(jì)、制備出了一種性能優(yōu)良的超級電容電池用負(fù)極材料CHPGC,該材料具有核殼結(jié)構(gòu),其核心為CMS(中間相炭微球),殼層為優(yōu)化條件下制備的HPGC材料,并詳細(xì)研究了該核殼材料的電化學(xué)儲能特性,分析了它的電極動(dòng)力學(xué)。論文的主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下:
　　 (1)制備HPC材料的最佳熱解溫度為600℃,最優(yōu)堿炭配比為2。所制備的HPC-600材料比表面積為276.2 m2/g,平均孔徑為7.25nm,首次放電容量為1062

3、mAh/g,首次充電容量為410 mAh/g,質(zhì)量比電容為65 F/g,循環(huán)性能較好。
　　 (2)選擇合適的孔徑結(jié)構(gòu)與比表面積可以得到高的可逆容量、較好的倍率性能及較高的比電容。800℃熱解所得樣品HPGC-800有較高的比表面積(524.2 m2/g)和5.57nm的平均孔徑,而600℃熱解所得樣品HPGC-600的電化學(xué)性能最優(yōu)。HPGC-600的首次放電容量為2031.2 mAh/g,首次充電容量為611.2 mAh/g

4、,50次循環(huán)保持率為74％,6C的倍率下可逆容量仍有225 mAh/g,質(zhì)量比電容高達(dá)143 F/g且倍率性能較好。
　　 (3)電容特性研究表明,隨著CMS加入量的增加,材料的比電容、接觸電阻、電荷擴(kuò)散電阻逐漸減少;CHPGC-1(CMS與酚醛樹脂的質(zhì)量比為1∶1)具有最高的質(zhì)量比電容(36 F/g)。電池特性研究表明,隨著CMS加入量的增加,CHPGC材料的首次可逆容量、首次循環(huán)效率及循環(huán)保持率均下降。CHPGC-1的首次放