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本文采用磷酸二氢锂(LiH2PO4)和柠檬酸铁(FeC6H5O7)为前驱体,以聚乙烯醇(PVA)为碳源,分别采用成膜法和静电纺丝法制备磷酸铁锂/碳(LiFePO4/C)复合电极材料,并以其为正极组装锂离子超级电容器。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、循环伏安、恒流充放电和交流阻抗(EIS)等方法对复合材料和超级电容器进行表征和测试并进行分析。
实验结果表明:碳化温度为650℃、碳化时间为6h时,得到的复合材料和其组装的超级电容器的电化学性能最好;对于成膜法,优化碳化条件后制备的复合电极材料,在碳含量为5%时其电化学性能最好,循环伏安法在0.005V/s扫描速率下测得材料的比电容值为437.1F/g,其组装的超级电容器在1mA/cm2的电流密度下比电容值为54.90F/g。优化的单体超级电容器在电解液浓度为5mol/L时比电容值达到最大值,探索了超级电容器的充放电电流密度从2mA/cm2增大到16mA/cm2时,超级电容器的比电容、比能量和比功率的联系。
对于静电纺丝法制备的电极材料,在碳含量达到5%时获得最好的电化学性能,循环伏安法在0.005V/s扫描速率下测得材料的比电容值为466.2F/g,以其为正极组装的超级电容器也获得了较好的各项电化学性能,在1mA/cm2的电流密度下比电容值为57.12F/g。
相比于传统的高温固相法和成膜法,在静电纺丝法制备的LiFePO4/C复合电极材料中,碳一部分以包覆的形式覆盖在LiFePO4粒子外表面,另一部分以碳纤维的形式贯穿连接各LiFePO4/C粒子,这种结构大大降低了复合材料的内阻,提高复合材料的导电性能,有助于复合材料比电容值的提高。