论文摘要
本文采用溶胶凝胶原位复合法,以磷酸二氢锂（LiH2PO4）和柠檬酸铁（FeC6H5O7）为前驱体,分别以膨胀石墨（EG）和聚丙烯腈（PAN）基碳纤维为载体,制备磷酸铁锂/碳（LiFePO4/C）复合材料,并以其为正极材料组装锂离子电容器。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）、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锂离子电容器进行表征和测试并进行分析。考察了碳化条件,膨胀石墨含量,复合工艺等因素对复合材料的形貌、微观结构以及电化学性能的影响。同时探索了正负极比例,恒流充放电电流密度等因素对组装成的锂离子电容器电化学性能的影响。实验结果表明：对于以膨胀石墨为载体的磷酸铁锂/碳复合材料,粒径为100-200nm的LiFePO4成功地与膨胀石墨发生了复合。碳化温度为550℃、碳化时间为6h时,升温速率为10℃/min是最佳碳化条件,在此条件下当膨胀石墨的含量为5%时得到的复合材料和其组装的锂离子电容器的电化学性能最好。循环伏安法在5 mV/s扫描速率下测得材料的比电容值为326.2F/g,其组装的锂离子电容器在200 mA/g的电流密度下比电容值为47.6F/g。优化的锂离子电容器在负极和正极的质量比为2：1,电流密度为200mA/g时比电容值达到最大为53.3F/g。对于以PAN基碳纤维为载体的磷酸铁锂/碳复合材料,采用PAN先形成碳纤维后复合的方法制备的复合材料较PAN先复合后形成碳纤维的方法制备的复合材料的电化学性能优越。将PAN纤维在800℃碳化8h得到碳纤维,再与磷酸铁锂前驱液复合制备的磷酸铁锂/碳复合材料,循环伏安法在5 mV/s扫描速率下测其比电容值为375.0F/g,将其组装成锂离子电容器在200 mA/g的电流密度下,负极和正极的质量比为2：1时比电容值达到最大值为57.1F/g,同时探索了锂离子电容器的充放电电流密度从200 mA/g增大到100.0 mA/g时,锂离子电容器的比电容值、比能量和比功率的变化。
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中文摘要Abstract第1章 绪论1.1 引言1.2 锂离子电容器1.2.1 超级电容器1.2.2 锂离子电池1.2.3 锂离子电容器1.3 锂离子电容器正极材料1.3.1 正极材料的分类1.3.2 磷酸铁锂正极材料1.3.3 磷酸铁锂正极材料的改性方法1.4 本论文的主要工作和研究内容第2章 实验部分2.1 主要原料和仪器设备2.1.1 主要化学试剂及原料2.1.2 主要仪器设备2.2 磷酸铁锂/碳复合材料的制备2.2.1 以膨胀石墨为载体的磷酸铁锂/碳复合材料的制备2.2.2 以PAN基碳纤维为载体的磷酸铁锂/碳复合材料的制备2.3 电极片的制备2.3.1 正极片的制备2.3.2 负极片的制备2.4 锂离子电容器的组装2.5 结构与性能测试2.5.1 扫描电镜测试2.5.2 透射电镜测试2.5.3 X射线衍射测试2.5.4 循环伏安测试2.5.5 恒流充放电测试2.5.6 交流阻抗测试2.5.7 循环寿命测试第3章 以膨胀石墨为载体的磷酸铁锂/碳复合材料的测试与结果讨论3.1 碳化条件对磷酸铁锂/碳复合材料的影响3.1.1 碳化条件对复合材料结构的影响3.1.2 碳化条件对复合材料循环伏安性能的影响3.2 膨胀石墨的含量对磷酸铁锂/碳复合材料的影响3.2.1 膨胀石墨的含量对复合材料的结构的影响3.2.2 膨胀石墨的含量对复合材料的微观形貌的影响3.2.3 膨胀石墨的含量对复合材料的循环伏安性能的影响3.2.4 膨胀石墨的含量对复合材料的交流阻抗性能的影响3.3 锂离子电容器的性能优化3.3.1 膨胀石墨的含量对锂离子电容器的电化学性能的影响3.3.2 正负极质量比对锂离子电容器的电化学性能的影响3.3.3 电流密度对锂离子电容器的电化学性能的影响3.4 循环寿命分析3.4.1 磷酸铁锂/碳复合材料的循环寿命分析3.4.2 锂离子电容器的循环寿命分析3.5 本章小结第4章 以PAN基碳纤维为载体的磷酸铁锂/碳复合材料的测试与结果讨论4.1 复合工艺的优化4.2 碳化条件对磷酸铁锂/碳复合材料的影响4.2.1 碳化温度对复合材料的影响4.2.2 碳化时间对复合材料的影响4.3 锂离子电容器性能优化4.3.1 正负极质量比对锂离子电容器的电化学性能的影响4.3.2 电流密度对锂离子电容器的电化学性能的影响4.4 循环寿命分析4.4.1 磷酸铁锂/碳复合材料的循环寿命分析4.4.2 锂离子电容器的循环寿命分析4.5 本章小结结论参考文献致谢攻读学位期间发表的论文
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