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文檔簡介
1、作為一種性能優(yōu)異的儲能裝置,鋰離子電容器在能量密度及功率密度方面有著杰出的表現(xiàn),故其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,隨之而來的是對其電極材料的研究也越來越多。本論文以獲得性能優(yōu)異的電極材料為目標,通過對不同材料進行改性處理,嘗試組裝高性能的鋰離子電容器。正極材料從磷酸鐵鋰(LiFePO4)入手,通過碳包覆、鈷(Co)摻雜對其進行改性;負極材料從炭氣凝膠(GRF和NGRF)以及固有微孔聚合物(PIM-1)入手,通過二氧化碳(CO2)活化對其進行改性,
2、然后研究其半電池及鋰離子電容器的電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容有以下三個方面:
1、通過共沉淀法制備碳包覆磷酸鐵鋰(LiFePO4/C),并確定其最佳合成條件。在此條件下制備的0.04wt%Co(LiFePO4理論產(chǎn)量為基準)摻雜碳包覆磷酸鐵鋰(LiFe0.96Co0.04PO4/C)的電化學(xué)性能最佳,具有納米片狀形貌,當(dāng)電流密度為0.1C時,LiFe0.96Co0.04PO4/C的半電池放電比容量高達141.2 mAh·g-1,1
3、00個循環(huán)后,仍能保持98.2%;當(dāng)電流密度增大到1C時,其比容量為112.3 mAh·g-1,均優(yōu)于LiFePO4/C。將它們分別作為鋰離子電容器電極材料使用時,得到的鋰離子電容器(LiFePO4/C)/AC可達到的最大的能量密度為47.6Wh·kg-1,最大的功率密度為1004.7 W·kg-1;而鋰離子電容器(LiFe0.96Co0.04PO4/C)/AC的能量密度最高可達51 Wh·kg-1,功率密度最高可達1050.5 W·k
4、g-1。
2、通過溶膠-凝膠法合成GRF和NGRF,然后分別在不同的溫度下進行活化處理,最終獲得活化后的凝膠(GRF-A-x和NGRF-A-x)。它們均呈大小不一的薄片狀分布,以石墨烯為支撐形成三維結(jié)構(gòu)。CO2活化使材料表面產(chǎn)生大量的微孔和小中孔,材料的比表面積不斷增大,孔結(jié)構(gòu)也變得更為豐富。隨著CO2活化溫度的上升,GRF-A-x的比容量也不斷升高,并且N元素的加入也提高了對應(yīng)材料的比容量。其中GRF-A-10和NGRF-A
5、-10,在0.1 A·g-1時放電比容量分別為917.1 mAh·g-1和1077.2 mAh·g-1。將它們作為鋰離子電容器電極材料使用時,鋰離子電容器L4A6/GRF-A-10的能量密度最大值為30.7Wh·kg-1,功率密度最大值為1182 W·kg-1;而鋰離子電容器L4A6/NGRF-A-10的能量密度最高可達33.4 Wh·kg-1,功率密度最高可達2392.6 W·kg-1。
3、通過有機合成、高溫炭化及CO2活
6、化制備了多孔PIM-1材料(PIM-1-C和PIM-1-A)。PIM-1-A呈微米級球狀分布,CO2活化使其去除了大量的雜原子,進而豐富了孔隙結(jié)構(gòu),將其比表面積提高到了965.3 m2·g-1。當(dāng)電流密度為0.1 A·g-1時,PIM-1-A半電池的放電比容量約是PIM-1-C的5.1倍,為1158.4 mAh·g-1。將其作為鋰離子電容器電極材料使用時,鋰離子電容器L4A6/PIM-1-A的能量密度最大值為18.5 Wh·kg-1,功
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