基于AC/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2复合正极的锂离子电容器及其电化学性能研究

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锂离子电容器(LIC)作为一种新型电化学储能器件已经引起了人们的广泛关注,由于具有比双电层电容器(EDLC)更高的能量密度和比锂离子电池(LIB)更高的功率密度以及循环性能,将其应用在混合动力汽车以及大功率启动装置上可以同时满足设备对能量和功率的需求。传统炭基锂离子电容器由于使用石墨等炭材料作为阳极,在制作过程中需要对阳极进行一定程度的预嵌锂,这样大大增加了器件的制作成本。另外,锂离子电容器在工作过程中需要具有长循环稳定性,并能够在较宽的温度范围内工作,这对电解液提出了很高的要求。基于以上问题,本文分别从制备高性能电极与开发功能性电解液两方面进行了研究。在高性能电极的制作方面,将锂离子电池正极材料Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2引入到活性炭正极中,制备了AC/Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2复合正极。Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2的加入不仅提高了正极的比容量,而且在首次充电过程中可补充体系中的锂离子浓度。同时,活性炭可以提高复合正极的导电性,使其具有更好的倍率性能。将LAC复合正极与硬炭(HC)负极进行匹配组装了锂离子电容器。结果表明,通过改变Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2在复合正极中的质量比能够调控LIC的能量和功率特性,LAC正极的使用在提高LIC能量密度的同时改善了电容器的循环稳定性。LAC40/HC电容器在3645 W kg-1的最大功率密度下具有28 Wh kg-1的能量密度,0.5C下进行1000次恒流充放电后容量保持率为80.74%,在保持高功率密度的前提下具有更高的能量密度。在功能性电解液的研究方面,将一种新型锂盐二氟草酸硼酸锂(Li DFOB)作为电解液添加剂应用在锂离子电容器中,研究了不同Li DFOB添加量分别对正负极材料以及锂离子电容器性能的影响。结果表明,在添加有5%Li DFOB的电解液中锂离子电容器在大倍率下的放电比容量得到了一定提升,0.5C下进行1000次充放电后容量保持率为88.43%;Li DFOB的加入同样改善了锂离子电容器的高温循环性能,这是由于Li DFOB分解形成了薄而致密的电极保护层,阻止了电解液的进一步分解,从而提高了锂离子电容器在充放电过程中的稳定性。
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