鋰離子電容電池負(fù)極材料的制備及性能研究.pdf

1、鋰離子電容電池結(jié)合了鋰離子電池的能量密度大和超級(jí)電容器的功率密度高優(yōu)點(diǎn),成為近年來(lái)動(dòng)力型電源的研究方向之一。開發(fā)具有脫嵌鋰特性和電容特性的鋰離子電容電池負(fù)極材料具有重要的意義。本文以中間相炭微球(CMS)和活性炭為原料,采用物理混合的方法制備不同質(zhì)量比的CMS/活性炭復(fù)合負(fù)極材料,重點(diǎn)研究了復(fù)合材料在LiPF6-EC/DMC/EMC、LiTFSI-EmimTFSI和LiTFSI-PP13TFSI三種電解質(zhì)中的電化學(xué)性能。采用低溫?zé)峤鉃r青

2、包覆CMS方法制備新型復(fù)合負(fù)極材料,并詳細(xì)研究了制備的新型復(fù)合材料性能。
　　 研究結(jié)果表明:在LiPF6-EC/DMC/EMC電解質(zhì)體系中,CMS/活性炭復(fù)合負(fù)極材料同時(shí)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明顯。CMS/活性炭質(zhì)量比為8:2的復(fù)合負(fù)極材料電化學(xué)性能最優(yōu),在0.1C下首次充電容量為297.9 mAh·g-1,效率為52.18％,由活性炭引起的電容容量為93 F·g-1；在4A·g-1電流下進(jìn)

3、行恒流充放電,復(fù)合負(fù)極材料比CMS的充電時(shí)間延長(zhǎng)了近2倍,充電容量提高了30 mAh·g-1,充電平臺(tái)起始電壓約降低了0.35V,復(fù)合材料的大電流充放電性能較純CMS有很大改善。
　　 在LiTFSI-EmimTFSI和LiTFSI-PP13TFSI兩種離子液體電解質(zhì)中,復(fù)合材料的首次充放電效率比有機(jī)電解質(zhì)體系有很大提高,但極化和阻抗大,循環(huán)性能差；在LiTFSI-EmimTFSI離子液體中添加10％PC,電極材料在其中的電化學(xué)

4、性能改善,阻抗降低,質(zhì)量比為8:2的CMS/活性炭復(fù)合負(fù)極材料首次充放電容量分別達(dá)到318.7和319.2mAh·g-1,經(jīng)過(guò)20次循環(huán)后,容量幾乎沒有衰減。
　　 采用恒電位階躍法研究了CMS和復(fù)合負(fù)極材料在不同電解質(zhì)中的固相擴(kuò)散系數(shù)。結(jié)果表明:在三種不同電解質(zhì)中,鋰離子在復(fù)合材料中的固相擴(kuò)散系數(shù)均比純CMS中的大。
　　 通過(guò)低溫?zé)峤鉃r青包覆CMS的方法制備了新型復(fù)合負(fù)極材料,結(jié)果表明,瀝青含量和熱解溫度是影響復(fù)合材

5、料性能的兩個(gè)主要因素。在650℃、CMS和瀝青質(zhì)量比為7:3時(shí)熱解得到的復(fù)合負(fù)極材料性能最優(yōu),中孔的比表面為151.05 m2·g-1,平均孔徑分別為7.16 nm;首次充放電容量分別為461.7和767.2 mAh·g-1,0.25～3V間充電容量達(dá)到286.7 mAh·g-1,即375.3 F·g-1；循環(huán)性能優(yōu)異,經(jīng)過(guò)50次循環(huán)后,充電容量為456.2 mAh·g-1,容量保持率為98.9％；在4 A·g-1電流下充放電,充電時(shí)間