鋰離子電容器用預鋰化硬炭負極的研究.pdf

1、隨著電池和電容器應用范圍的不斷擴大，對于這些儲能元件的能量密度、功率密度、循環(huán)壽命等性能的要求也越來越高。鋰離子電容器（LIC）因兼具電化學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的產(chǎn)業(yè)化角度出發(fā)，炭材料因為廉價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、硬炭為負極，1 M LiPF6/EC+DEC為電解液組裝了鋰離子電容器，考察了負極預鋰化容量、預鋰化工藝、正負極質(zhì)量配比對鋰離

2、子電容器電化學性能的影響。
　　將硬炭/Li半電池進行不同程度放電以獲取不同預鋰化容量的硬炭，并將得到的預鋰化硬炭用于LIC。研究發(fā)現(xiàn)，當負極嵌鋰容量小于200 mAh/g時，LIC的首次效率很低，正極會發(fā)生高壓極化，超出了活性炭的穩(wěn)定電壓區(qū)間；當嵌鋰容量大于200 mAh/g時，負極的不可逆容量因得到了充分補償，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，然而當嵌鋰容量超過400 mAh/g時，負極會發(fā)生

3、鋰的沉積。在負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92.0%。
　　利用硬炭與鋰源自放電這種簡單方法對LIC負極進行了預鋰化，結(jié)果表明該種方法能成功實現(xiàn)負極的預鋰化。LIC的比容量隨著預鋰化時間的延長先增大后減小，其最佳預鋰化時間為15 h。經(jīng)過15h預鋰化的鋰離子電

4、容器最高能量密度可達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%）。
　　通過改變正負極質(zhì)量配比，對LIC的電化學性能進行進一步優(yōu)化。結(jié)果表明，當正負極質(zhì)量配比為2.2時，電容器具有最優(yōu)的電化學性能。電流密度從1.2 C增加到82 C時，電容器的能量密度由88.7