超級電容電池正極與負(fù)極材料的研究.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,它主要通過雙電層電容與鋰離子嵌/脫兩種方式進(jìn)行“雙功能”儲能,結(jié)合了鋰離子電池和雙電層電容器兩者的優(yōu)點(diǎn),成為近年來研究的熱點(diǎn)之一。本論文以超級電容電池用、具有雙功能儲能特性的錳酸鋰(LMO)、人造石墨(AG)和活性炭(AC)為原料,采用物理混合的方法制備了錳酸鋰/活性炭復(fù)合正極材料和人造石墨/活性炭復(fù)合負(fù)極材料,分別研究了復(fù)合材料在1M LiPF6-EC/DMC/EMC有機(jī)體系

2、電解液中的電化學(xué)行為,以及活性炭對復(fù)合材料的電容特性和大電流充放電性能的影響;并對活性炭在鋰離子電池用電解液中可能發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了較為深入的研究,論文的主要研究如下:
　　 (1)研究了活性炭的物理特性及在不同電壓范圍的電化學(xué)性能。在0.01-2.0V、2.0-3.5V和3.0-4.3V電壓范圍,活性炭都表現(xiàn)出典型的雙電層特性,其首次可逆容量分別為210.7、25.3和50.2 mAh/g。在0.01-2.0V范圍內(nèi),活性

3、炭的首次放電過程包括SEI膜的形成與雙電層儲能,第二周及之后的充電曲線呈明顯的直線,未表現(xiàn)出脫/嵌鋰平臺,證實(shí)了在鋰離子電池電解液中活性炭表現(xiàn)出雙電層電容儲能特性,而非活性炭的脫嵌鋰儲能特性。
　　 (2)研究了錳酸鋰/活性炭和人造石墨/活性炭的物理特性及電化學(xué)性能。結(jié)果表明:充放電電位在3.0-4.3V時,錳酸鋰表現(xiàn)為Li+的脫嵌鋰儲能,而復(fù)合材料則同時具有脫/嵌鋰特性和電容特性,且電容特征隨活性炭含量的增加而變得明顯。人造石

4、墨/活性炭復(fù)合負(fù)極材料的質(zhì)量比為4∶1時的電化學(xué)性能最優(yōu);復(fù)合材料的倍率性能及大電流充放電性能較純?nèi)嗽焓忻黠@的改善。在2A/g的大電流放電條件下的極化較純?nèi)嗽焓臉O化得到明顯的改善,充電時間延長了近2倍,充電平臺起始電壓降低了約0.2V。
　　 (3)研究了復(fù)合材料中活性炭的含量與活性炭引起的電容容量大小之間的關(guān)系,結(jié)果表明:復(fù)合正極材料A1、A2和A3在3.0-3.8V電壓范圍的放電容量都是由活性炭提供的,活性炭所提供的

5、法拉第電容容量分別為23.4、64.4和99.0 F/g;3.8-4.3 V間,活性炭所提供的法拉第電容容量分別為27.1、67.7和80.6 F/g;復(fù)合負(fù)極材料B1、B2和B3在0.25.2V之間,活性炭所提供的法拉第電容容量分別為57.7、129.9和204.0 F/g,活性炭產(chǎn)生的法拉第電容容量呈典型的線性增長,這與活性炭雙電層電容器中活性炭的雙電層特征一致。
　　 (4)采用恒電位階躍法測定了鋰離子在復(fù)合負(fù)極材料中的擴(kuò)