鋰離子電容電池負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電容器的功率密度高優(yōu)點,成為近年來動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/活性炭復合負極材料,重點研究了復合材料在LiPF6-EC/DMC/EMC、LiTFSI-EmimTFSI和LiTFSI-PP13TFSI三種電解質(zhì)中的電化學性能。采用低溫熱解瀝青

2、包覆CMS方法制備新型復合負極材料,并詳細研究了制備的新型復合材料性能。
　　 研究結(jié)果表明:在LiPF6-EC/DMC/EMC電解質(zhì)體系中,CMS/活性炭復合負極材料同時具有脫/嵌鋰特性和電容特性,且電容特征隨活性炭含量的增加而明顯。CMS/活性炭質(zhì)量比為8:2的復合負極材料電化學性能最優(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

3、行恒流充放電,復合負極材料比CMS的充電時間延長了近2倍,充電容量提高了30 mAh·g-1,充電平臺起始電壓約降低了0.35V,復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,復合材料的首次充放電效率比有機電解質(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

4、性能改善,阻抗降低,質(zhì)量比為8:2的CMS/活性炭復合負極材料首次充放電容量分別達到318.7和319.2mAh·g-1,經(jīng)過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和復合負極材料在不同電解質(zhì)中的固相擴散系數(shù)。結(jié)果表明:在三種不同電解質(zhì)中,鋰離子在復合材料中的固相擴散系數(shù)均比純CMS中的大。
　　 通過低溫熱解瀝青包覆CMS的方法制備了新型復合負極材料,結(jié)果表明,瀝青含量和熱解溫度是影響復合材

5、料性能的兩個主要因素。在650℃、CMS和瀝青質(zhì)量比為7:3時熱解得到的復合負極材料性能最優(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間充電容量達到286.7 mAh·g-1,即375.3 F·g-1；循環(huán)性能優(yōu)異,經(jīng)過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,充電時間