论文部分内容阅读
锂离子电容器作为一种新型储能装置,由于兼具超级电容器的高功率密度和锂离子电池的高能量密度而倍受关注。金属氧化物由于具有高理论比容量经常被用作锂离子电容器负极材料,但是由于其在电化学反应中体积的剧烈变化会导致结构破坏并大大缩短电容器的使用寿命从而限制了其在锂离子电容器方面的应用。本论文以制得高能量密度、高功率密度和高循环稳定性的锂离子电容器为目的,着手对石墨烯/金属氧化物负极材料进行制备,利用水热法和溶胶凝胶法制备了水热氧化亚锰/石墨烯气凝胶(HMnO/GA),溶胶凝胶氧化亚锰/石墨烯气凝胶(SMnO/GA)和二氧化锡/膨胀石墨烯(SnO2/HG)三种负极材料,并分别研究其半电池和锂离子电容器电化学性能,具体研究包括以下几点:(1)利用水热法制备了具有三维多孔结构的氧化亚锰/石墨烯气凝胶(HMnO/GA)复合材料并通过电化学表征获取最佳合成条件。结果显示,炭化温度为800 ℃,Mn(N03)2添加量为0.3 g时制得的HMnO/GA8-3半电池电化学性能最佳,0.1A·g-1电流密度下100次循环后比容量能达到480mAh·g-1。将HMnO/GA8-3在0.15V预锂电压下进行预锂后与LFP组装成的锂离子电容器最大能量密度能达到212.7 Wh·kg-1,最高功率密度能达到3000 W·kg-1。(2)通过溶胶凝胶法一步合成了三维多孔氧化亚锰/石墨烯气凝胶(SMnO/GA)复合材料,通过表征结果发现相同制备条件下的SMnO/GA具有比HMnO/GA更理想的电化学性能。当炭化温度为800℃,Mn(NO3)2添加量与GO含量比为1:1时制得的SMnO/GA8-2具有最理想的半电池电化学性能,在0.1 A.g-1条件下循环100次后比容量为662.8 mAh.g-1。随后对SMnO/GA8-2进行预锂并与LFP进行LIC的组装,结果显示,预锂电压为0.15 V的SMnO/GA8-2P3//LFP在300W.kg-1功率密度下具有最大的能量密度,为194.1 Wh·kg-1。(3)通过水热法合成了层状结构二氧化锡/膨胀石墨烯(SnO2/HG)复合材料并通过电化学表征发现GO加入量为75 mL的Sn02/HG-3具有最佳半电池性能,在0.1 C下循环100次后比容量仍高达1065 mAh.g-1。将SnO2/HG-3预锂后与LFP组成锂离子电容器进行表征,结果表明预锂电压为0.15 V下的SnO2/HG-3P3//LFP具有最佳电化学性能,最大功率密度和最大能量密度分别能达到3600 W.kg-1,202.2 Wh.kg-1。