高性能碳纳米管负极锂离子电容器的研究

发布时间：2020-05-27 10:16

【摘要】：多壁碳纳米管因其独特的纳米一维管状结构和优良导电性,当应用于电极时可以有效提高电池和电容器的性能。本文采用化学气相沉积(CVD)法合成多壁碳纳米管(WCNTs),以多壁碳纳米管作为锂离子电容器的负极,采用内部短路方式和稳定金属锂粉嵌锂方式对多壁碳纳米管负极进行预锂化处理,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对多壁碳纳米管电极极片进行表征分析,采用恒流充放电(GCD)和交流阻抗谱(EIS)研究多壁碳纳米管负极锂离子电容器的性能。主要研究成果如下:1、采用内部短路方式对多壁碳纳米管负极进行不同程度的预锂化处理,预锂化时间为5、30、60min,以预锂化多壁碳纳米管极片作为负极,活性炭极片作为正极,组装成锂离子电容器。电化学测试结果表明,多壁碳纳米管负极预嵌锂大幅提高了电容器充放电性能,对比未嵌锂多壁碳纳米管电容器,在相同的电流密度下(100mA/g),能量密度提高400%。预嵌锂60min,电流密度100mA/g时,其比容量达到57F/g。在电流密度为100m A/g-3200 mA/g范围内,其最高能量密度与功率密度分别达到90Wh/kg、4130W/kg。一千次充放电循环后,容量保持率维持在85%以上,呈现出优良的超级电容器性能。2、采用内部短路方式对多壁碳纳米管/石墨负极进行预锂化处理,预锂化时间为60min,以预锂化多壁碳纳米管/石墨复合功能材料为负极,活性炭为正极,组装成锂离子电容器。电化学测试结果表明,添加适量多壁碳纳米管能大幅提高电容器充放电性能,当负极碳纳米管含量为25%时,其综合性能最佳,当电流密度100mA/g时,其比容量达到58.2F/g。在电流密度为100mA/g-8000 mA/g范围内,其最高能量密度与功率密度分别达到96Wh/kg和10.1kW/kg。三千次充放电循环后,容量保持率维持在86%左右,呈现出优良的超级电容器性能。3、以稳定金属锂粉(SLMP)对碳纳米管负极做预锂化处理,活性炭(AC)作为正极,组装成锂离子电容器。电化学测试结果表明,电流密度为100mA/g时,预锂化碳纳米管阳极锂离子电容器比电容量大幅提高,达到65.7 F/g,对比未嵌锂碳纳米管电容器9.6 F/g,比容量提高700%。电流密度为200mA/g时,预嵌锂电容器的比能量与比功率分别为8.5Wh/kg、50.04 Kw/kg,呈现出优良的超级电容器性能。
【图文】：

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图 1.1 锂离子电容器工作原理图Fig.1.1 schematic of working mechanism of lithium-ion capacitors子电容器的研究现状及发展趋势年日本富士重工公开了锂离子电容器的制造技术[9]，电容性炭材料，电容器负极采用多并苯类材料，通过锂金属薄嵌锂，电容器的容量得到大大的提高。随后从事相关领域这种新型的储能系统，获得了骄人的科研成果。Meryl D烯作为正极，以钛酸锂或石墨作为负极组装成锂离子电容电容器达到 266 F/g-1，能量密度达到 53.2Wh/kg-1。A. Br作为正极，以碳包覆氧化铁纳米材料作为负极，在 2500 任然达到 50 Wh/kg-1。对锂离子电容器的研究，日本走在各国前面，推动了锂离走向市场，中国在锂离子电容器的研究方面还不成熟，但型能源系统，鉴于锂离子电容器本身优异的特征和广泛的

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[26]等以活性炭为正极，预锂化石墨为负极，组装成表明在 10C 的倍率下 8 小时的预锂化时间,锂离子电Schroeder M[27]等利用软炭作为负极，活性炭为正极 4.5 A g 1(30C)的电流密度下进行充放电测试，锂离密度分别达到 48 Wh kg 1和 9 Kw kg 1。及其在锂离子电容器中的应用管简介，是一种一维管状结构材料，，其主要由呈六边形排同轴圆管。视管壁层数的多少可以分为单壁碳纳米一般为固定值 0.34nm，碳纳米管的管径一般在几纳长一般在几微米到几十微米范围(如图 1.2)。碳纳米石墨烯卷曲成管状而成。由于其特殊的微观结构，化学等方面都有良好的性能[28-29]。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TM53

【参考文献】