【摘 要】
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超级电容器具有高功率密度、长循环寿命、快速充放电等优势,被广泛地应用于新能源汽车、轨道交通、工业生产等领域。与二次电池相比,超级电容器的能量密度偏低,这限制了其更广泛的应用。故提升能量密度成为超级电容器研究的主要目标,而提高比电容和工作电压是达成该目标的两种途径。本文立足于超级电容器炭电极材料,首先,通过制备新型的软炭基微晶炭,以获得高比电容和良好耐电压特性的微晶炭电极,之后,通过改变有机电解液的
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超级电容器具有高功率密度、长循环寿命、快速充放电等优势,被广泛地应用于新能源汽车、轨道交通、工业生产等领域。与二次电池相比,超级电容器的能量密度偏低,这限制了其更广泛的应用。故提升能量密度成为超级电容器研究的主要目标,而提高比电容和工作电压是达成该目标的两种途径。本文立足于超级电容器炭电极材料,首先,通过制备新型的软炭基微晶炭,以获得高比电容和良好耐电压特性的微晶炭电极,之后,通过改变有机电解液的使用,以进一步提高微晶炭电极的比电容和耐电压特性,最终实现超级电容器的能量密度提升。以中间相炭微球（MCMBs）为原料,KOH为活化剂,利用预炭化-KOH活化法制备出新型MCMB基微晶炭。通过SEM、HRTEM、XRD等结构表征手段,以及恒流充放电等电化学测试方法,研究了碱炭比（KOH使用比例）对MCMB基微晶炭的形貌、结构及电容特性的影响。结果表明,碱炭比的提高有效地增加了MCMB基微晶炭的类石墨微晶层间距;其电极的比电容与耐电压特性随之提升。碱炭比为4:1制备的微晶炭NMC4的电极,其首次放电比电容可达129.1 F/g,可以耐受3.5 V高电压。以最优碱炭比制备的NMC4为电极材料,通过恒流充放电等电化学测试方法,研究了其电极在阳离子尺寸不同的DMPBF4/PC和TEABF4/PC电解液中的电容特性。结果表明,新型DMPBF4/PC电解液进一步提升了NMC4电极的比电容和耐电压特性:与TEABF4/PC相比,在DMPBF4/PC中,NMC4电极的首次放电比电容可达145.5 F/g,可以耐受3.7 V高电压。NMC4电极与DMPBF4/PC电解液的组合,最终令超级电容器实现了65.6 Wh/kg的高能量密度。除以上内容外,本文以创新性的3.5 V截止电压充放电（3.5 V激活）方法,改善了MCMB基微晶炭的电极在常规2.7 V电压的倍率性能和长循环性能。其中,NMC4电极的倍率性能、长循环性能均呈现不错的改善:DMPBF4/PC中,3.5 V激活后,NMC4电极在倍率测试中的放电比电容由首次的100.3 F/g降至第80次的88.8 F/g,电容保持率达88.5%,其在长循环测试中的放电比电容由首次的92.5 F/g降至第500次的85.9 F/g,电容保持率达92.9%。
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