超级电容电池用碳类复合负极材料的研究

时间：2025-07-14 来源：未知

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李　劼等:超级电容电池用碳类复合负极材料的研究

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超级电容电池用碳类复合负极材料的研究

(中南大学冶金科学与工程学院,湖南长沙410083)

李　劼,杨　娟,郝　新,张治安,赖延清,周向阳,汤依伟

摘　要:　研制了新型储能器件超级电容电池用石墨和活性炭复合负极材料,应用恒流充放电法,考察了这种复合负极材料的电化学性能。结果表明这种碳复合负极材料兼具良好的电容特性和电池特性,在基本保持电池特性的同时,能将电容器电位窗口从2.5V提高至3.5VvsLi/Li+,能量密度从21.7Wh/kg40.3Wh/kg,增大近两倍;,度从0.1A/g增加到1A/g3F/g;在3.5V高压下仍有。关键词:　;石墨;活性炭;复合负极中图分类号:　O646文献标识码:A文章编号:100129731(2009)0420621204

如将石墨类碳材料与活性炭复合在一起作为超级电容电池的负极,。这种研究目前)与活性炭(AC)为电,。

2　实　验

2.1　碳复合电极的制备

按照一定比例(10%～90%(质量分数)G/(AC+G))(注:(AC+G)表示活性炭与石墨的混合物)称取

1　引　言

超级电容电池是近年来提出的一种新型储能器件,它既有双电层电容储能,又有锂离子脱嵌储能,因此兼具高能量密度和高功率密度,可望填补超级电容器和锂离子二次电池性能之间的空白,从而在航空航天、国防军工、电动车辆等领域得到广泛应用。目前对这一类新型储能器件的研究已渐渐成为热点[1～3]。

作为其关键材料之一的负极材料应兼具锂离子电池负极材料和超级电容器电极材料的特点。石墨类碳材料因为具有较高的可逆嵌脱锂容量,低而平稳的放电平台,被广泛用作锂离子电池负极材料[4,5];活性炭则是超级电容器实现市场化的电极材料,它具有电化学稳定性好、无污染和寿命长的优点[6,7]。V.Khomenko等[8]报道了活性炭作为正极,石墨作为负极的混合电容器,比电容相比活性炭对称型电容器可提高两倍,能量密度达到103.8Wh/kg。HongyuWang等[9]报道了石墨作为正极,活性炭作为负极的混合电容器,将工作电压控制在2～3.5V,比电容达到43.6F/g,能量密度提高到179.9J/g。O.Hatozaki[10]在2006年第16界国际电化学年会上报道了一种混合型锂离子电容器。其负极是以一片金属锂片处理过的嵌锂石墨材料,正极是活性炭,电压可高达3.8V,因而其比能量可以达到30Wh/kg。但这些报道中研究的负极仅限于或是石墨,或是活性炭的单一碳材料,且只报道了其电容行为。

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活性炭和石墨粉末,置于超声波振荡器中进行超声混合,而后在真空140℃下干燥4h,即得石墨/活性炭复合材料。按活性物质m((AC+G))∶m(碳黑)∶m(聚偏氟乙烯)=8∶1∶1的比例混合。将充分研磨的浆料均匀涂覆于铝箔集流体之上,在120℃真空干燥4h。将制备的铝箔电极片制成直径1cm的圆形电极片。

所制备的石墨/活性炭复合材料的振实密度在FZS424B型振实密度测试仪上测量,其表面结构形貌在JSM26360型扫描电镜测试仪上测得。2.2　碳复合电极对称模拟电容器的组装与测试

将重量相等的两片复合电极片,以商业用1mol/LEt4NBF4/AN溶液为电解液,在充满氩气的手套箱内,装配成模拟电容器。放置12h后,在室温下用武汉金诺蓝电(LAND)系列电池测试系统在0～(2.5～3.5)V的电压区间进行恒流充放电实验。

模拟电容器由两个相同的复合电极构成,根据双电层电容器储能原理,单电极的比容量由式(1)计算得到[11]:

(1)C=

mΔV

　　式中:C为活性物质的比电容量,F/g;I为恒流充放电的电流,A;Δt为充放电时间,s;m为极片中活性物质的质量,g;ΔV为起始电位与终止电位之差,V。2.3　碳复合电极/Li半电池的组装与测试

以复合电极为正极,锂片为负极(参比电极),商业用1mol/LLiPF6/EC+DMC溶液为电解液,在充满氩

基金项目:国家科技支撑计划资助项目(20072007BAE12B01)收到初稿日期:2008209208收到修改稿日期:2009201219通讯作者:杨　娟

()作者简介:李　劼　1963-,男,湖南岳阳人,教授,博士生导师,主要从事新能源材料研究。

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