磷修饰炭黑的制备及其储锂性能

鉴于碳材料容量低、循环稳定差,提出了利用有机-无机杂化的概念来制备碳基复合材料,并将其用做锂离子电池负极材料。首先以亚磷酸三乙酯为原料制备磷酰氯,然后借助炭黑表面的羟基与羧基进行接枝反应,制备出有机磷修饰炭黑原料,并利用红外光谱、氮气吸脱附测试对材料进行了表面官能团及结构表征,利用恒流充放电与循环伏安测试对其储锂性能和动力学特性进行了表征。结果表明:有机磷官能团修饰到炭黑表面,与原料炭黑相比,磷修饰炭黑的首圈可逆容量由301mAh/g提升至950mAh/g,首圈库仑效率由54%提升至80%,动力学分析表明,有机磷官能团的引入明显增强了电极材料储锂过程中的电容特性。

用于锂离子电容器的多孔炭黑材料

锂离子电容器(LICs)是基于二次离子电池和超级电容器研究基础上提出的新型储能器件。目前,LICs负极存在电化学动力学行为缓慢的难题,这与正极快速动力学特性并不匹配,极大地限制了LICs的倍率和循环性能,研发兼具低成本、倍率/循环性能好的炭负极材料已成为研究热点。本研究采用导电性好、价格低廉的工业化产品炭黑(CB)为前驱体,采用KOH活化法制备了多孔炭黑(CB-KOH),其具有极佳的倍率性能和循环性,在2.0 A/g与5.0 A/g电流密度下分别具有274.5 mAh/g和194.9 m Ah/g的储锂容量,2.0 A/g电流密度下循环1000圈后,其容量保持率为96.4%,每圈衰减率仅为0.0036%。非原位XRD结果表明,CB-KOH在充放电过程中的膨胀率明显低于CB,这有利于保持其结构稳定性,提升循环性能。采用生物质茄子活性炭(AC)为正极材料,CB-KOH为负极材料,组装的锂离子电容器CB-KOH//AC功率密度在2579.3 W/kg和5340.6 W/kg时,其能量密度仍然分别能达到75.4 Wh/kg和70.7 Wh/kg,兼具高能量密度和高功率密度,具备实用化前景。