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1、李劼等:超级电容电池用碳类复合负极材料的研究6213超级电容电池用碳类复合负极材料的研究李劼,杨娟,郝新,张治安,赖延清,周向阳,汤依伟(中南大学冶金科学与工程学院,湖南长沙410083)摘要:研制了新型储能器件超级电容电池用石墨如将石墨类碳材料与活性炭复合在一起作为超级和活性炭复合负极材料,应用恒流充放电法,考察了这电容电池的负极,是否可以兼顾锂离子电池与超级电种复合负极材料的电化学性能。结果表明这种碳复合容器的特性便是本文的重点研究内容。这种研究目前负极材料兼具良好的电容特性和电池特性,在基本保尚未见到报道。本文以石墨(G)与
2、活性炭(AC)为电持电池特性的同时,能将电容器电位窗口从2.5V提极原料,通过超声混合法,制备了不同比例的系列负极+高至3.5VvsLi/Li,能量密度从21.7Wh/kg提高至材料,研究了其分别在超级电容器与锂离子电池中的40.3Wh/kg,增大近两倍;有很好的倍率性能,电流密电化学性能。度从0.1A/g增加到1A/g时,比容量仅下降了1.3F/2实验g;同时能保持良好的循环性能,10次容量保持率即使在3.5V高压下仍有96.7%。2.1碳复合电极的制备关键词:超级电容电池;石墨;活性炭;复合负极按照一定比例(10%～90%(质
3、量分数)G/(AC+中图分类号:O646文献标识码:AG))(注:(AC+G)表示活性炭与石墨的混合物)称取文章编号:100129731(2009)0420621204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1引言合材料。按活性物质m((AC+G))∶m(碳黑)∶m超级电容电池是近年来提出的一种新型储能器(聚偏氟乙烯)=8∶1∶1的比例混合。将充分研磨的件,它既有双电层电容储能,又有锂离子脱嵌储能,因浆料均匀涂覆于铝箔集流体之上,在120℃真空干燥此兼具高能量密度和高功率密
4、度,可望填补超级电容4h。将制备的铝箔电极片制成直径1cm的圆形电极器和锂离子二次电池性能之间的空白,从而在航空航片。天、国防军工、电动车辆等领域得到广泛应用。目前对所制备的石墨/活性炭复合材料的振实密度在[1～3]这一类新型储能器件的研究已渐渐成为热点。FZS424B型振实密度测试仪上测量,其表面结构形貌作为其关键材料之一的负极材料应兼具锂离子电在JSM26360型扫描电镜测试仪上测得。池负极材料和超级电容器电极材料的特点。石墨类碳2.2碳复合电极对称模拟电容器的组装与测试材料因为具有较高的可逆嵌脱锂容量,低而平稳的放将重量相等
5、的两片复合电极片,以商业用1mol/L[4,5]电平台,被广泛用作锂离子电池负极材料;活性炭Et4NBF4/AN溶液为电解液,在充满氩气的手套箱内,则是超级电容器实现市场化的电极材料,它具有电化装配成模拟电容器。放置12h后,在室温下用武汉金[6,7]学稳定性好、无污染和寿命长的优点。诺蓝电(LAND)系列电池测试系统在0～(2.5～3.5)[8]V.Khomenko等报道了活性炭作为正极,石墨作为V的电压区间进行恒流充放电实验。负极的混合电容器,比电容相比活性炭对称型电容器模拟电容器由两个相同的复合电极构成,根据双可提高两倍,能
6、量密度达到103.8Wh/kg。Hongyu电层电容器储能原理,单电极的比容量由式(1)计算得[9]Wang等报道了石墨作为正极,活性炭作为负极的到[11]:混合电容器,将工作电压控制在2～3.5V,比电容达到2IΔt[10]C=(1)43.6F/g,能量密度提高到179.9J/g。O.HatozakimΔV在2006年第16界国际电化学年会上报道了一种混合式中:C为活性物质的比电容量,F/g;I为恒流充型锂离子电容器。其负极是以一片金属锂片处理过的放电的电流,A;Δt为充放电时间,s;m为极片中活性嵌锂石墨材料,正极是活性炭,电
7、压可高达3.8V,因而物质的质量,g;ΔV为起始电位与终止电位之差,V。其比能量可以达到30Wh/kg。但这些报道中研究的2.3碳复合电极/Li半电池的组装与测试负极仅限于或是石墨,或是活性炭的单一碳材料,且只以复合电极为正极,锂片为负极(参比电极),商业报道了其电容行为。用1mol/LLiPF6/EC+DMC溶液为电解液,在充满氩3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,
8、教授,博士生导师,主要从事新能源材料研究。©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net6222009年第4
