鋰離子電容器負極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電容器(LICs)，作為混合電化學(xué)電容器中的一員，具有工作電壓高、充放電速度快、穩(wěn)定性好等眾多優(yōu)點，兼有較高的能量密度和功率密度，被廣泛應(yīng)用于汽車啟動和各種電源、電動設(shè)備中。通常地，鋰離子電容器的正極材料是比表面積較高、吸附能力較強的活性炭，因此，對鋰離子電容器的研究重點就集中在負極材料的選取上。
　　石墨是最先被研究的鋰離子電容器負極材料，與石墨相比，石墨烯具有一些獨特的優(yōu)勢。石墨烯具有較高的比表面積，可以為鋰離子的嵌入/

2、脫出提供很高的活性位點;優(yōu)異的導(dǎo)電性有利于電化學(xué)反應(yīng)的進行;較強的機械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性使在高倍率下快速充放電和較長循環(huán)周期的穩(wěn)定性成為可能。在本論文的第三章，我們選取了石墨烯和傳統(tǒng)的負極材料石墨作為研究對象，在循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能、能量密度和功率密度等方面進行了對比。
　　除了石墨烯，我們從眾多的過渡金屬氧化物中選擇了MnO為研究對象。MnO具有很低的電位(1.032V)，較小的過電勢，較高的理論容量(756mAh/g)，價格低

3、廉以及環(huán)境友好等優(yōu)良的特性，是發(fā)展鋰離子電容器極具潛力的電極材料之一。然而，在快速充放電過程中，鋰離子的嵌入和脫出會使MnO產(chǎn)生巨大的形變，甚至?xí)斐善浣Y(jié)構(gòu)的坍塌和粉碎。另外，其較低的電導(dǎo)率進一步加劇了容量的衰減。為了解決這一問題，我們通過設(shè)計實驗、調(diào)節(jié)實驗參數(shù)和控制材料形貌等一系列途徑，選擇電導(dǎo)率高和化學(xué)穩(wěn)定性好的炭材料作為MnO的導(dǎo)電基質(zhì)，制備MnO/C復(fù)合材料，并將其作為鋰離子電容器的負極材料，并進行了相應(yīng)的電化學(xué)性測試。

4、　　在第四章，我們選用MnC12·4H2O為錳源，利用溶膠．凝膠法合成了MnO/C復(fù)合材料。通過XRD、SEM、TEM、TG、Raman和XPS等手段對材料進行了全面的物理表征。電化學(xué)測試表明，復(fù)合材料在小電流下的比容量較高，但是隨著電流密度和循環(huán)周期的增加，比容量衰減較快，容量保持率較低，原因是在較大的電流密度下快速充放電時，MnO的體積變化較大，容易引起MnO結(jié)構(gòu)坍塌，造成容量的衰減。
　　在第五章，我們在第四章的研究基礎(chǔ)上重

5、新設(shè)計了實驗，利用水熱法合成了MnO/GNS納米復(fù)合材料。石墨烯納米片擁有開放的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以作為復(fù)合材料的基底，提高復(fù)合材料的柔韌性，避免較長循環(huán)周期MnO結(jié)構(gòu)的坍塌。 SEM和TEM測試均顯示MnO顆粒和石墨烯納米片結(jié)合良好，得到了分散均勻的MnO/GNS納米復(fù)合材料。同時，與上一章研究的MnO/C相比，其電化學(xué)性能得到了明顯的改善。在400 mAh g-1的電流密度下循環(huán)300周后，比容量仍然能夠達到247 F g-1，容量保