鋰離子電容器用預(yù)鋰化硬炭負(fù)極的研究.pdf

1、隨著電池和電容器應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，對(duì)于這些儲(chǔ)能元件的能量密度、功率密度、循環(huán)壽命等性能的要求也越來(lái)越高。鋰離子電容器（LIC）因兼具電化學(xué)電容器良好的功率特性和鋰離子電池較高的能量密度而引起人們的關(guān)注。從鋰離子電容器未來(lái)的產(chǎn)業(yè)化角度出發(fā)，炭材料因?yàn)榱畠r(jià)易得是鋰離子電容器的首選材料。本論文以商品化的活性炭為正極、硬炭為負(fù)極，1 M LiPF6/EC+DEC為電解液組裝了鋰離子電容器，考察了負(fù)極預(yù)鋰化容量、預(yù)鋰化工藝、正負(fù)極質(zhì)量配比對(duì)鋰離

2、子電容器電化學(xué)性能的影響。
　　將硬炭/Li半電池進(jìn)行不同程度放電以獲取不同預(yù)鋰化容量的硬炭，并將得到的預(yù)鋰化硬炭用于LIC。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)負(fù)極嵌鋰容量小于200 mAh/g時(shí)，LIC的首次效率很低，正極會(huì)發(fā)生高壓極化，超出了活性炭的穩(wěn)定電壓區(qū)間；當(dāng)嵌鋰容量大于200 mAh/g時(shí)，負(fù)極的不可逆容量因得到了充分補(bǔ)償，LIC的效率在90％以上。隨著嵌鋰容量的增加，LIC的能量密度增加，然而當(dāng)嵌鋰容量超過(guò)400 mAh/g時(shí)，負(fù)極會(huì)發(fā)生

3、鋰的沉積。在負(fù)極嵌鋰容量不同的條件下，以嵌鋰容量為400 mAh/g的LIC綜合性能最優(yōu)，其具有最小的擴(kuò)散電阻，最高能量密度和功率密度分別為76.5 Wh/kg和5.1kW/kg，且循環(huán)1000次后，能量保持率仍高達(dá)92.0%。
　　利用硬炭與鋰源自放電這種簡(jiǎn)單方法對(duì)LIC負(fù)極進(jìn)行了預(yù)鋰化，結(jié)果表明該種方法能成功實(shí)現(xiàn)負(fù)極的預(yù)鋰化。LIC的比容量隨著預(yù)鋰化時(shí)間的延長(zhǎng)先增大后減小，其最佳預(yù)鋰化時(shí)間為15 h。經(jīng)過(guò)15h預(yù)鋰化的鋰離子電

4、容器最高能量密度可達(dá)97.2 Wh/kg，即使在功率密度為5.4 kW/kg的條件下，其依然具有45.1 Wh/kg的能量密度，同時(shí)該電容器具有最小的阻抗和良好的循環(huán)性能（1 A/g的電流密度下循環(huán)1000次后，能量保持率為91.2%）。
　　通過(guò)改變正負(fù)極質(zhì)量配比，對(duì)LIC的電化學(xué)性能進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。結(jié)果表明，當(dāng)正負(fù)極質(zhì)量配比為2.2時(shí)，電容器具有最優(yōu)的電化學(xué)性能。電流密度從1.2 C增加到82 C時(shí)，電容器的能量密度由88.7