纖維基鋰離子電容器的構(gòu)建及電化學(xué)性能研究.pdf

1、本論文創(chuàng)新性地提出了一種自支撐全纖維基鋰離子電容器的構(gòu)建方法。利用靜電紡絲工藝以及簡(jiǎn)單的熱處理方法分別制備了柔性酚醛基介孔炭納米纖維和聚丙烯腈/木質(zhì)素基復(fù)合炭納米纖維，通過優(yōu)化配比選擇最佳的納米炭纖維薄膜電極。之后將預(yù)嵌鋰后的聚丙烯腈/木質(zhì)素基復(fù)合炭納米纖維作為負(fù)極，跟正極酚醛基介孔炭納米纖維組裝成全纖維基鋰離子電容器。分別對(duì)正、負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)、形貌以及組裝成器件的電化學(xué)性能作了較為系統(tǒng)的研究。
　　首先，以熱固性酚醛樹脂為炭前軀

2、體，嵌段共聚物F127為模板劑，聚乙烯醇縮丁醛為助紡劑，通過靜電紡絲和炭化過程制備了柔性酚醛基介孔炭納米纖維。通過優(yōu)化配比，得到具有豐富介孔結(jié)構(gòu)的炭納米纖維。并且將其直接作為自支撐活性材料組裝成水系電容器，在0.05 A g-1的電流密度下，纖維電極獲得139.6 Fg-1的放電比電容量;當(dāng)電流密度達(dá)到5Ag-1時(shí)，比電容仍然能夠達(dá)到97.34 F g-1，證明酚醛基介孔炭纖維杰出的倍率性能。
　　其次，以聚丙烯腈和木質(zhì)素做為炭源

3、，通過靜電紡絲制備聚丙烯腈/木質(zhì)素基復(fù)合炭納米纖維。優(yōu)化聚丙烯腈和木質(zhì)素的配比，將其分別組裝成鋰離子半電池，獲得具有優(yōu)秀倍率性能以及長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性的復(fù)合炭納米纖維PL-5/5電極。并將其進(jìn)行改性，成功地構(gòu)建了相鄰纖維互相焊接且具有介孔通道的復(fù)合炭納米纖維膜，纖維電極展現(xiàn)出了384.4 mAh g-1的可逆容量，以及大電流充放電(5Ag-1)條件下，仍能夠保持較好的放電容量127.7 mAh g-1，并且其放電時(shí)間僅為91 s。
　　

4、最后，以酚醛基介孔炭納米纖維作為正極活性材料，預(yù)嵌鋰后的聚丙烯腈/木質(zhì)素基復(fù)合炭納米纖維作為負(fù)極活性材料，在沒有導(dǎo)電劑以及集流體的情況下，成功的構(gòu)建了自支撐全纖維基鋰離子電容器。通過電化學(xué)性能研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)能量密度為72.62 Wh kg-1時(shí)，功率密度為97.62 Wkg-1;并且當(dāng)能量密度為33.05 Whkg-1，功率密度可高達(dá)11.89 kW kg-1，證明其優(yōu)秀的能量和功率特性;并且在0.5Ag-1的電流密度下經(jīng)過2100個(gè)循環(huán)