超級電容器與鋰離子電池電極材料的電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級電容器作為一種新型儲能器件，具有能量密度和功率密度高、比容量大等特點。它在電動汽車、移動通訊和國防等領(lǐng)域有巨大的市場前景。鋰離子電池因為工作電壓高、能量密度大、自放電率低、“綠色”環(huán)保等眾多優(yōu)點而倍受人們的關(guān)注，目前已廣泛應(yīng)用于小型用電器中，并正積極向空間技術(shù)、國防工業(yè)、電動汽車、UPS等領(lǐng)域發(fā)展。此外，超級電容器還可以和鋰離子電池組合作為電動汽車的動力電源系統(tǒng)。目前在影響化學(xué)電池性能的所有因素中，電極材料的性能無疑起著最重要的作用

2、。因此，本論文重點研究不同種類電極材料的電化學(xué)性能，研究摻雜碳納米管對電極材料的充放電性能和循環(huán)壽命的影響。主要研究內(nèi)容有： （1）利用化學(xué)沉淀法和溶膠凝膠法制備MnO2電極材料并研究其電化學(xué)行為。借助XRD和SEM進行樣品表征，通過對電極材料進行循環(huán)伏安、恒流充放電和交流阻抗性能測試，獲得循環(huán)穩(wěn)定性和比容量較高的儲能器件。在在50mA/g電流密度下得到60℃恒溫液相反應(yīng)的產(chǎn)物比容量為257.9F·g-1，其等效串聯(lián)電阻小為2.

3、5Ω、充放電效率高、功率特性也較好；溶膠-凝膠法制備的MnO2粉末材料比容量高，但循環(huán)性能有待改善。 （2）通過沉淀法制備了NiCO3和NixCo1-xCO3前驅(qū)體，并由熱處理得到了NiO和NixCo1-xO粉體。恒流充放電測試得到NiO和NixCo1-xO電極材料50mA/g電流密度下的比容量分別為82.2F·g-1和91.7F·g-1，等效串聯(lián)電阻分別為26.9Ω，和11.4Ω。研究表明NiO摻Co能提高電極材料的電化學(xué)活性

4、，從而使比電容量得到提高，內(nèi)阻減小，并減緩了大電流充放電情況下比容量的衰減。 （3）研究經(jīng)硝酸回流處理的碳納米管和熱處理的碳納米管電極材料的循環(huán)伏安特性和恒流充放電性能，表明碳納米管具有理想的雙電層特性。研究MnO2/CNTs復(fù)合電極材料的電容特性，復(fù)合電極的比容量在經(jīng)200次循環(huán)之后保持率為90.4％，充放電效率接近100％。復(fù)合材料電化學(xué)性能的提高主要源于碳納米管的貢獻，摻雜有利于降低電極材料的內(nèi)阻，提高其功率特性和循環(huán)穩(wěn)定

5、性。 （4）碳納米管的特殊結(jié)構(gòu)可為鋰離子提供更多可嵌入，嵌出的空間位置，利用碳納米管的優(yōu)良特性將其和鈷酸鋰、磷酸鐵鋰復(fù)合作為鋰離子電池電極材料，在1mol/LLiPF6EC/DMC/EMC=1：1：1電解液中進行一系列電化學(xué)性能測試。采用球磨法對LiFePO4進行摻碳納米管改性，得到10wt％CNTs含量的LiFePO4/CNTs電極具有較優(yōu)良的充放電性能和阻抗特性。其極化小、穩(wěn)定性強、充放電平臺更平穩(wěn)。0.1C下首次充電和放電