超級(jí)電容器用Li4Ti5O12-G復(fù)合材料的制及性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器是介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的一種新型儲(chǔ)能元件,兼有電池比能量高和電容器比功率大的優(yōu)點(diǎn)。
　　非對(duì)稱型超級(jí)電容器負(fù)極材料應(yīng)該具備工作電位低、能量密度高、循環(huán)性能穩(wěn)定、可進(jìn)行大電流充放電等性能。尖晶石結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12鋰離子的化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)高、循環(huán)性能穩(wěn)定、表面不易形成鈍化膜、安全性高,使其展現(xiàn)出用作超級(jí)電容器負(fù)極材料的良好前景。但是由于尖晶石Li4Ti5O12是半絕緣材料,電子電導(dǎo)率低,鋰離子傳導(dǎo)率低等缺點(diǎn),限制了其應(yīng)

2、用。石墨烯的片層結(jié)構(gòu)可以增大材料的電子電導(dǎo)率,并且利于電解液的浸潤(rùn)和鋰離子的嵌入/脫出,提高復(fù)合材料的儲(chǔ)能密度和功率特性。
　　本論文采用溶膠-凝膠法制備Li4Ti5O12納米材料,并用預(yù)煅燒法和化學(xué)還原法制備鈦酸鋰/石墨烯(Li4Ti5O12/G)復(fù)合材料,利用X射線衍射圖譜(XRD)、掃描電鏡(SEM)、等表征手段對(duì)合成材料進(jìn)行了形貌結(jié)構(gòu)表征;并且分別組裝成鋰離子紐扣電池和非對(duì)稱型超級(jí)電容器,利用循環(huán)伏安(CV)、恒電流充放電

3、以及電化學(xué)阻抗圖譜(EIS)等測(cè)試手段對(duì)電極和電容器進(jìn)行了電化學(xué)性能表征。
　　1.采用溶膠-凝膠合成前驅(qū)體,經(jīng)分段煅燒的方法制備Li4Ti5O12,并考察了鈦鋰摩爾比、煅燒時(shí)間對(duì)產(chǎn)物的影響,優(yōu)化制備工藝,制備出粒徑小,結(jié)晶程度好的Li4Ti5O12納米顆粒。對(duì)純相Li4Ti5O12進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明,其在電流密度17.5mA·g-1下的首次容量密度為145 mAh·g-1,純相Li4Ti5O12具有較好的電化學(xué)可逆性,

4、電子導(dǎo)電率較低。
　　2.采用溶膠-凝膠體系中加入氧化石墨烯(GO)、預(yù)煅燒法和化學(xué)還原法制備Li4Ti5O12/G復(fù)合材料。溶膠-凝膠體系中加入氧化石墨烯時(shí),復(fù)合材料中含有大量的TiO2,復(fù)合材料的容量密度較低,沒(méi)有達(dá)到石墨烯摻雜的目的。預(yù)煅燒法和化學(xué)還原法制備的Li4Ti5O12/G復(fù)合材料,XRD、SEM分析表明產(chǎn)物形成了Li4Ti5O12,并且石墨烯包覆Li4Ti5O12形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行電化學(xué)性能研究,石墨烯含

5、量為10％的復(fù)合材料,在電流密度17.5 mA·g-1下的容量密度分別為155mAh·g-1、160mAh·g-1,并且復(fù)合材料的放電平臺(tái)平穩(wěn),極化電位較小,循環(huán)性能較好。原因是石墨烯的摻雜增大了材料的結(jié)晶度、減小了顆粒粒徑、形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),有利于提高鋰離子的擴(kuò)散速率和脫嵌效率,使其具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。
　　3.將預(yù)煅燒法、化學(xué)還原法制備的Li4Ti5O12/G復(fù)合電極,商品Li4Ti5O12與AC制備的Li4Ti5O12/AC復(fù)