论文摘要
与传统电容器相比,超级电容器具有较大的比容量和较高的比能量,与蓄电池相比,超级电容器具有较高的比功率,且循环寿命长、工作温度范围宽、能快速充放电,它是一种理想的新型贮能装置。它在太阳能、移动通信、信息技术、消费电子、电动汽车、航天航空和国防科技中具有重要和广阔的应用前景。现在商业化的超级电容器主要以活性碳作为电极材料,但由于活性碳导电性能较差,比容量低,含有较多的不纯物,孔径分布不均匀,且大部分为微孔,限制了超级电容器的广泛应用。石墨作为商业锂二次电池的负极材料,具有高导电性、高可逆比容量和独特的层状结构适合作为超级电容器电极材料,最近其作为电容器电极材料成为研究热点,且有不少报导其具有优良的电化学性能。本论文研究了高比表面石墨(G300、280m2g-1)和低比表面石墨(AGP、20—30m2g-1)分别与三种活性碳,即100nmAC（中国）、YP-17D（日本）、SUPRA30（荷兰）制备混合电极,混合电极和商业活性碳极片C1及自制的活性碳C2分别作为超级电容器负极和正极,研究了其电化学性能。通过实验研究得到以下结论:1.G300与100nmAC球磨后制备的混合电极,即S1、S2、S3、S4、S5（含G300分别为5wt%、20wt%、35%、50wt%、65wt%）,在1.3M TEMABF4/碳酸丙稀酯（PC）、1.0M Et4NBF4/PC和1.0M LiPF6/碳酸乙烯酯（EC）+二甲基碳酸酯（DMC）电解液中三电极（CV）测试结果表明:G300的加入可以提高混合材料的电势窗口,但混合电极的比容量都小于纯100nmAC电极的比容量,而混合电极的比容量又以S3的比容量最大,S3为混合电极的最优化电极;交流阻抗（EIS）结果显示:S3的等效串联电阻（ESR）小于100nmAC的,而大于纯G300电极的;这说明G300的加入可以提高导电性。混合电极恒流充放电的对称性三角形曲线和近似矩形的CV曲线说明混合电极只形成双电层电容。2.G300分别和YP-17D、SUPRA 30制备S3最优化混合电极在1.3MTEMABF4/PC和1.0M LiPF6/EC+DMC电解液中进行CV、EIS和充放电测试。得到的结果类似G300和100nmAC最优化混合电极。3.纯AGP石墨电极在1.0M LiPF6/EC+DMC（体积比1:3）电解液中二电极嵌锂实验和三电极CV结果表明:该石墨表面形成固体电解质界面（SEI）膜的电位区间为0.8V-0.2V,嵌锂反应电位区间为0V-0.2V,并且SEI膜主要在首次阴极化过程中形成;当正负极质量之比为3.8时即C1/AGP,电化学测试表明,在1.5V-4.5V电势区间,电流密度由25mA g-1(92.5mAh g-1)增大到40mA/g(68.5mAh g-1),其容量保持在69.7%;当正负极质量之比为1时即C1/AGP,由充放电电流密度为110mA·g-1增大到200mA·g-1,放电比容量分别为78.5mAh·g-1和68.5mAh·g-1,其比容量保持了87.3%。并且后者的充放电效率也较前者好。4.AGP与SUPRA 30混合制备的S3混合电极的第三次CV测试比容量为189.3mAh g-1,大于AGP电极第三次的132.6 mAh g-1（CV电势窗口为0—3.0V）;混合体系C1/S2恒流充放电测试表明,在电流密度为200mA g-1条件下,在1.5V-4.5V电势区间,比容量由144mAh g-1(50mA g-1)下降为135mAh g-1(200mAg-1),1000次循环后C1/S2体系衰减了70.4%,而在电流密度为40mA g-1时C1/AGP体系衰减了87.6%,结果表明S2和S3混合电极协同了AC和AGP的优点,即AC良好的循环稳定性、良好的大电流效应和AGP2的高可逆比容量;但其循环寿命还需要进一步提高。