本文關(guān)鍵詞：鋰離子超級(jí)電容器的制備及其電化學(xué)性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰離子超級(jí)電容器是一種新型的超級(jí)電容器,兼具比普通超級(jí)電容器更高的能量密度和比鋰離子電池更高的功率密度,具有廣泛的應(yīng)用前景。本文以全面提升超級(jí)電容器的能量密度為目標(biāo),制備了兩種不同體系的鋰離子超級(jí)電容器,包括LiMn_2O_4/活性炭(AC)鋰離子超級(jí)電容器和AC/嵌鋰石墨(PG)鋰離子超級(jí)電容器,期望通過對(duì)電極材料的形貌控制、嵌鋰方式及電容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化,制備兼具高能量密度和長循環(huán)壽命的鋰離子超級(jí)電容器。(1)對(duì)于LiMn_2O_4/AC鋰離子超級(jí)電容器體系,我們首先通過水熱法合成β-MnO_2,以β-MnO_2為前驅(qū)體高溫固相法合成LiMn_2O_4。采用SEM、XRD等手段分析了電極材料的結(jié)構(gòu)和形貌,LiMn_2O_4呈棒狀,直徑大約為363nm,長度2.3μm。以LiMn_2O_4微米棒(LMO-MRS)為正極和AC為負(fù)級(jí),組裝正負(fù)極不同質(zhì)量比的LMO-MRS/AC鋰離子超級(jí)電容器,并對(duì)其進(jìn)行恒電流充放電、循環(huán)伏安法和交流阻抗等測(cè)試。結(jié)果表明:當(dāng)m(LMO-MRS)/m(AC)=0.50時(shí),電容器的倍率性能最好,在2C的電流密度下放電比容量可達(dá)35.85F/g,其能量密度為33.16Wh/kg,可達(dá)到傳統(tǒng)有機(jī)系A(chǔ)C/AC雙電層電容器的2倍;(2)為了進(jìn)一步地提高鋰離子超級(jí)電容的能量密度,我們制備了AC/PG鋰離子超級(jí)電容器體系。以活性炭作正極、PG作負(fù)極制備了扣式AC/PG鋰離子超級(jí)電容器,通過對(duì)石墨負(fù)極進(jìn)行預(yù)嵌鋰來提高電容器的開路電壓。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,鋰離子超級(jí)電容器具有良好的電容特性,與雙電層電容器相比,電容器的電位從2.5V提高到3.8V。在50mA/g電流密度下,鋰離子超級(jí)電容器的能量密度是雙電層電容器的3.16倍。在200mA/g電流密度下循環(huán)2000次,放電容量僅衰減了2.0%,具有良好的循環(huán)性能。(3)以活性碳為正極、石墨為負(fù)極,采用鋁塑膜為外殼,通過化學(xué)嵌鋰的方法制備了標(biāo)稱容量250F的鋰離子超級(jí)電容器。鋰離子超級(jí)電容器開位電壓為3.8V,比傳統(tǒng)超級(jí)電容器高大約1V,能量密度能夠達(dá)到18.21Wh/Kg,約為傳統(tǒng)超級(jí)電容器的4倍。電容器在150C的電流密度下放電后容量保持率在85%以上。循環(huán)10000次,其放電容量保持率超過98%,能順利的通過過充、擠壓針刺等安全性能測(cè)試。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子超級(jí)電容器 能量密度 循環(huán)性能 LiMn_2O_4微米棒(LMO-MRS) 預(yù)嵌鋰石墨(PG)
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM53
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 引言11
• 1.2 超級(jí)電容器的工作原理11-14
• 1.2.1 雙電層電容器的工作原理12-13
• 1.2.2 法拉第贗電容器的工作原理13-14
• 1.3 超級(jí)電容器的電極材料14-16
• 1.4 超級(jí)電容器的發(fā)展趨勢(shì)16-18
• 1.5 鋰離子超級(jí)電容器的研究進(jìn)展18-24
• 1.5.1 LiMn_2O_4/AC鋰離子超級(jí)電容器的工作原理18-20
• 1.5.2 AC/PG鋰離子超級(jí)電容器的工作原理20-21
• 1.5.3 鋰離子超級(jí)電容器的發(fā)展趨勢(shì)21-22
• 1.5.4 鋰離子超級(jí)電容器的應(yīng)用領(lǐng)域22-24
• 1.6 本論文的選題依據(jù)及主要研究內(nèi)容24-25
• 1.6.1 選題依據(jù)24
• 1.6.2 主要研究內(nèi)容24-25
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分25-39
• 2.1 主要原料與儀器設(shè)備25-28
• 2.1.1 主要實(shí)驗(yàn)原材料與化學(xué)試劑25-26
• 2.1.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備26-28
• 2.2 LiMn_2O_4/AC鋰離子超級(jí)電容器的制備28-32
• 2.2.1 LiMn_2O_4材料的制備過程28
• 2.2.2 LiMn_2O_4材料的物理性能測(cè)試28-29
• 2.2.3 電極片的制備29
• 2.2.4 LiMn_2O_4/AC鋰離子超級(jí)電容器的組裝29-30
• 2.2.5 LiMn_2O_4/AC鋰離子超級(jí)電容器電化學(xué)性能測(cè)試30-32
• 2.3 AC/PG鋰離子超級(jí)電容器的制備32-33
• 2.3.1 電極片的制備32-33
• 2.3.2 AC/PG鋰離子超級(jí)電容器的組裝33
• 2.3.3 AC/PG鋰離子超級(jí)電容器的電化學(xué)性能測(cè)試33
• 2.4 軟包AC/PG鋰離子超級(jí)電容器的制備33-39
• 2.4.1 電極片的制備33-37
• 2.4.2 軟包AC/PG鋰離子超級(jí)電容器電芯的制備37-38
• 2.4.3 軟包AC/PG鋰離子超級(jí)電容器的電化學(xué)性能測(cè)試38-39
• 第三章 LiMn_2O_4/AC鋰離子超級(jí)電容器的電化學(xué)性能39-50
• 3.1 引言39-40
• 3.2 結(jié)果與討論40-48
• 3.2.1 β-MnO_2和LMO-MRS的結(jié)構(gòu)表征40-41
• 3.2.2 β-MnO_2和LMO-MRS的形貌表征41-42
• 3.2.3 LMO-MRS/AC鋰離子超級(jí)電容器的恒電流充放電測(cè)試42-44
• 3.2.4 LMO-MRS/AC鋰離子超級(jí)電容器的倍率性能測(cè)試44-45
• 3.2.5 LMO-MRS/AC鋰離子超級(jí)電容器的循環(huán)性能測(cè)試45-47
• 3.2.6 LMO-MRS/AC鋰離子超級(jí)電容器的功率密度和能量密度.373.3本章小結(jié)47-48
• 3.3 本章小結(jié)48-50
• 第四章 預(yù)嵌鋰石墨負(fù)極鋰離子超級(jí)電容器的電化學(xué)性能50-60
• 4.1 引言50
• 4.2 結(jié)果與討論50-59
• 4.2.1 預(yù)嵌鋰石墨負(fù)極的鋰離子電容器的充放電機(jī)理50-51
• 4.2.2 石墨負(fù)極的預(yù)嵌鋰過程51-52
• 4.2.3 鋰離子超級(jí)電容器的恒電流充放電測(cè)試52-54
• 4.2.4 鋰離子超級(jí)電容器的倍率性能測(cè)試54-55
• 4.2.5 鋰離子超級(jí)電容器的循環(huán)性能測(cè)試55-56
• 4.2.6 鋰離子超級(jí)電容器的循環(huán)伏安測(cè)試56-57
• 4.2.7 鋰離子超級(jí)電容器的交流阻抗測(cè)試57-58
• 4.2.8 鋰離子超級(jí)電容器與碳基有機(jī)系雙電層電容器性能對(duì)比.484.3本章小結(jié)58-59
• 4.3 本章小結(jié)59-60
• 第五章 250F軟包裝鋰離子超級(jí)電容器的制備與性能60-71
• 5.1 引言60
• 5.2 鋰離子超級(jí)電容器的電化學(xué)性能表征60-69
• 5.2.1 鋰離子超級(jí)電容器的電芯結(jié)構(gòu)60-62
• 5.2.2 鋰離子超級(jí)電容器的外觀設(shè)計(jì)62
• 5.2.3 鋰離子超級(jí)電容器的恒電流充放電測(cè)試62-64
• 5.2.4 鋰離子超級(jí)電容器的倍率性能測(cè)試64-65
• 5.2.5 鋰離子超級(jí)電容器的循環(huán)性能測(cè)試65-66
• 5.2.6 鋰離子超級(jí)電容器的循環(huán)伏安測(cè)試66-67
• 5.2.7 鋰離子超級(jí)電容器的交流阻抗測(cè)試67-68
• 5.2.8 鋰離子超級(jí)電容器的安全性能測(cè)試68-69
• 5.3 本章小結(jié)69-71
• 第六章 結(jié)論與展望71-73
• 6.1 結(jié)論71-72
• 6.2 展望72-73
• 致謝73-74
• 參考文獻(xiàn)74-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果82

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本文編號(hào)：261302