鋰離子超級(jí)電容器的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子超級(jí)電容器是一種新型的超級(jí)電容器，兼具比普通超級(jí)電容器更高的能量密度和比鋰離子電池更高的功率密度，具有廣泛的應(yīng)用前景。本文以全面提升超級(jí)電容器的能量密度為目標(biāo)，制備了兩種不同體系的鋰離子超級(jí)電容器，包括 LiMn2O4/活性炭（AC）鋰離子超級(jí)電容器和AC/嵌鋰石墨（PG）鋰離子超級(jí)電容器，期望通過對(duì)電極材料的形貌控制、嵌鋰方式及電容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，制備兼具高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命的鋰離子超級(jí)電容器。
　　（1）對(duì)于LiMn

2、2O4/AC鋰離子超級(jí)電容器體系，我們首先通過水熱法合成β-MnO2，以β-MnO2為前驅(qū)體高溫固相法合成 LiMn2O4。采用SEM、XRD等手段分析了電極材料的結(jié)構(gòu)和形貌，LiMn2O4呈棒狀，直徑大約為363 nm，長(zhǎng)度2.3μm。以 LiMn2O4微米棒（LMO-MRS）為正極和AC為負(fù)級(jí)，組裝正負(fù)極不同質(zhì)量比的LMO-MRS/AC鋰離子超級(jí)電容器，并對(duì)其進(jìn)行恒電流充放電、循環(huán)伏安法和交流阻抗等測(cè)試。結(jié)果表明：當(dāng) m(LMO-M

3、RS)/m(AC)=0.50時(shí)，電容器的倍率性能最好，在2 C的電流密度下放電比容量可達(dá)35.85 F/g，其能量密度為33.16 Wh/kg，可達(dá)到傳統(tǒng)有機(jī)系A(chǔ)C/AC雙電層電容器的2倍；
　　（2）為了進(jìn)一步地提高鋰離子超級(jí)電容的能量密度，我們制備了 AC/PG鋰離子超級(jí)電容器體系。以活性炭作正極、PG作負(fù)極制備了扣式 AC/PG鋰離子超級(jí)電容器，通過對(duì)石墨負(fù)極進(jìn)行預(yù)嵌鋰來提高電容器的開路電壓。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，鋰離子超級(jí)電

4、容器具有良好的電容特性，與雙電層電容器相比，電容器的電位從2.5 V提高到3.8 V。在50 mA/g電流密度下，鋰離子超級(jí)電容器的能量密度是雙電層電容器的3.16倍。在200 mA/g電流密度下循環(huán)2000次，放電容量?jī)H衰減了2.0％，具有良好的循環(huán)性能。
　?。?）以活性碳為正極、石墨為負(fù)極，采用鋁塑膜為外殼，通過化學(xué)嵌鋰的方法制備了標(biāo)稱容量250 F的鋰離子超級(jí)電容器。鋰離子超級(jí)電容器開位電壓為3.8 V，比傳統(tǒng)超級(jí)電容器高