超級電容電池正極與負極材料的研究.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,成為近年來研究的熱點之一。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/活性炭復合正極材料和人造石墨/活性炭復合負極材料,分別研究了復合材料在1M LiPF6-EC/DMC/EMC有機體系

2、電解液中的電化學行為,以及活性炭對復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)生的電化學反應進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/活性炭復合負極材料的質(zhì)量比為4∶1時的電化學性能最優(yōu);復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系,結(jié)果表明:復合正極材料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;復合負極材料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合負極材料中的擴