锂离子电池是一种高比能量的二次电池,而超级电容器在比功率和循环寿命方面具有突出优势。将超级电容器与锂离子电池技术相融合而产生的锂离子电容电池兼有锂离子电池高能量密度和超级电容器高功率密度、长寿命的特点,是一类很有应用前景的电化学储能技术。石墨烯具有独特的二维形貌、高的电导率和大的比表面积,在电化学储能领域应用优势突出。本文在磷酸铁锂为正极、硬炭为负极的锂离子电池的正极中加入电容炭材料,构筑了锂离子电容电池体系,对石墨烯在锂离子电容电池中的应用进行了研究,获得了兼有高能量和高功率的储能体系。以石墨烯作导电剂,在磷酸铁锂中加入不同用量的活性炭做正极、硬碳做负极,探讨了锂离子电容电池在预锂化与未预锂化时的电化学性能差异和不同活性炭含量时质量容量的匹配。结果表明,电容电池未锂化时,由于在负极形成固体电解质膜(SEI膜)消耗了大量的正极活性锂,使锂离子电容电池的首效很低;锂离子电容电池在预锂化后,不仅提高了其首效,而且其能量密度和功率密度也得到显著改善。活性炭含量对正负极的质量容量匹配有显著影响,在活性炭含量为10%和20%时,A/C(A、C分别为负极和正极的质量容量)的比值分别为1.0和1.05时其电化学性能最优,而活性炭含量为50%和80%时,最优的A/C比值分别为1.2和2.0。使用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),并在800℃高温下制备出还原氧化石墨烯(rGO)。利用rGO的高导电性和较大的比表面积,将rGO与磷酸铁锂进行简单地研磨后作正极,硬碳作负极,制备锂离子电容电池。研究了 A/C值为1.0时不同rGO含量的锂离子电容电池的电化学性能。在5C的大电流密度下,LrGO10-HC、LrGO20-HC和LrGO30-HC电容电池基于正极材料的比容量分别为104.13mAh g-1、105.34 mAh g-1和90.94 mAh g-1,且循环2000次后其容量保持率分别为86.37%,88.48%和85.01%。可见,rGO的添加量为20%时,制备出的电容电池具有最优的循环稳定性和倍率性能。将GO与活性炭YP进行水热处理获得具有三维导电网络和高比表面的石墨烯/活性炭气凝胶(GO@ACl),从而提升了材料的导电性、增加了离子传输通道。将GO@AC1与磷酸铁锂材料作正极、硬碳作负极组装成锂离子电容电池(标记为LrGO/AC-HC),在充放电过程中有明显的电容行为,在0.2C,1C,5C和15C下,LrGO/AC-HC电容电池基于正极质量的比容量分别为168.3 mAhg-1,165 mAhg-1,136.1 mAhg-1 和 83.5 mAh g-1;而LrGO30-HC电容电池的比容量分别为147.1mAh g-1,149.1 mAh g-1,129.8 mAh g-1和83.4 mAh g-1。因此,相比于LrGO30-HC电容电池,LrGO/AC-HC电容电池的倍率性能略有提高,这是因为GO@ACl气凝胶材料相比于石墨烯材料而言,具有三维结构,并且有更大的比表面积,使复合材料发生电化学反应的位点增多,倍率性能得到改善。