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应用于染料敏化太阳能电池和超级电容器的I-/I3-电对具有电化学反应速度快和可逆性高的优点,但I-及其氧化还原产物I2、I3-易溶于有机电解液中。导电炭黑(BP2000)的高比表面积和丰富的孔结构使其具有良好的电容性能。本论文利用导电炭黑作载体与碘化锂进行复合,不仅能够抑制碘化锂及其氧化还原产物的溶解,更能使二者结合组成具有高功率密度、高能量密度、倍率性能好、循环稳定性强的锂超电池体系。为对比不同卤化物与多孔碳组成的超电池的电化学性能,论文采用热处理法分别制备了不同碘化锂和溴化锂含量的复合材料。
通过热处理法制备出碘化锂含量分别为30wt%和18wt%的碘化锂/导电炭黑(BP2000)复合材料。利用XRD、BET、TEM等手段对材料进行了结构和形貌分析,并研究了材料在1 mol/L LiPF6-EC/DMC/EMC(1/1/1v/v/v)电解液中的电化学性能。含量为30wt%的材料的CV曲线上有I2/I3-和I3-/I-两对的氧化还原峰,2C倍率下首周放电容量为152.5mAh/g,因为部分活性物的溶解,前20周下降较快,循环至200周时,放电容量为134.7 mAh/g。含量为18wt%的样品在2C倍率下,放电容量稳定在210 mAh/g左右,充放电循环至1000周时依然有208mAh/g,表明活性物质被很好地限制在了碳孔内。在比容量、循环寿命和倍率性能方面明显优于30wt%样品。
溴化锂具有更小的分子量,更高的理论比容量308mAh/g,因而用溴化锂代替碘化锂,采用相同方法得到溴化锂含量分别为40wt%和22wt%的溴化锂/导电炭黑(BP2000)复合材料。含量为40wt%样品在3.45V左右有较宽的充放电平台,2C倍率首周充电比容量为255mAh/g,放电比容量为126.5mAh/g,但容量衰减较快且库伦效率低,表明部分活性物质在碳孔外,易溶于电解液造成了容量的不可逆损失。而含量为22wt%的样品放电容量稳定在185mAh/g左右,循环700周时仍有187.8mAh/g,库伦效率都在99%以上。在阶梯倍率充放电测试时,循环100周重新回到2C时放电容量为195 mAh/g,表现出很好地倍率性能,也表明导电炭黑(BP2000)对Br2/Br-起到了有效的限制。
由碘化锂、溴化锂与多孔导电炭黑(BP2000)复合组成的锂超电池复合材料,有效地利用了导电炭黑电容性能和碘化锂、溴化锂的电化学反应,使电池体系表现出了较高的放电容量、良好的高倍率性能和循环稳定性,这为高能量密度的锂二次电池和高功率密度的超级电容器的有效结合提供了现实意义。