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图1 (LiFePO4+AC)/石墨锂离子电容器工作原理图
实验结果与讨论
1 形貌结构分析
图2 不同石墨负极材料的SEM图(a)FSN-1和(b)CP-5 (插图为其充放电曲线)
图3 不同正极材料的SEM图(a)AC;(b)LAC20;(c)LAC40;(d)LAC60;(e)LAC80;(f)LFP
2 电化学表征
图4 不同复合材料的XRD曲线(a)AC;(b)LAC20;(c)LAC40;(d)LAC60;(e)LAC80;(f)LFP
图5 不同黏结剂制备扣式AC/AC电容器的CV曲线(扫描速度:50 mV/s):LA133(黑),PVDF-HSV900(红),PVDF-5130(蓝)
图6 不同扣式电池的CV曲线(a)AC/Li和(b)LAC20/Li(黑);LAC40/Li(红);LFP/Li(蓝)
图7 不同电极的扣式电池性能(a)1 C倍率下充放电曲线;(b)电极克容量(1 C)随LFP含量变化曲线;(c、d)不同倍率下的容量及其保持率
图8 LAC40/graphite锂离子电容器对比AC/AC超级电容器(a、b)不同倍率充放电曲线;(c)Ragone图;(d)10C倍率下循环寿命曲线
3 结论
本工作通过对几种锂离子电池正极商用黏结剂的比较表明,水性较油性黏结剂有利于AC电容特性的体现,特别是LA133水性黏结剂最为明显。通过构建兼具双电层行为和氧化还原特性的LiFePO4/AC复合正极,比较了不同质量比对电极性能的影响,发现LiFePO4占比40%时的复合电极具有较高的比容量和良好的容量保持率。将优化后的复合正极与亚微米尺寸的石墨负极组装成锂离子电容器,能量密度约为AC/AC超级电容器的4倍,二者在10 C充放电倍率下的循环寿命相当5000圈后保持约75%。本工作研究所用原材料均为市场化产品,对高性能锂离子电容器的研制和产业化具有参考意义。
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