纖維基鋰離子電容器的構建及電化學性能研究.pdf

1、本論文創新性地提出了一種自支撐全纖維基鋰離子電容器的構建方法。利用靜電紡絲工藝以及簡單的熱處理方法分別制備了柔性酚醛基介孔炭納米纖維和聚丙烯腈/木質素基復合炭納米纖維，通過優化配比選擇最佳的納米炭纖維薄膜電極。之后將預嵌鋰后的聚丙烯腈/木質素基復合炭納米纖維作為負極，跟正極酚醛基介孔炭納米纖維組裝成全纖維基鋰離子電容器。分別對正、負極材料的結構、形貌以及組裝成器件的電化學性能作了較為系統的研究。
　　首先，以熱固性酚醛樹脂為炭前軀

2、體，嵌段共聚物F127為模板劑，聚乙烯醇縮丁醛為助紡劑，通過靜電紡絲和炭化過程制備了柔性酚醛基介孔炭納米纖維。通過優化配比，得到具有豐富介孔結構的炭納米纖維。并且將其直接作為自支撐活性材料組裝成水系電容器，在0.05 A g-1的電流密度下，纖維電極獲得139.6 Fg-1的放電比電容量;當電流密度達到5Ag-1時，比電容仍然能夠達到97.34 F g-1，證明酚醛基介孔炭纖維杰出的倍率性能。
　　其次，以聚丙烯腈和木質素做為炭源

3、，通過靜電紡絲制備聚丙烯腈/木質素基復合炭納米纖維。優化聚丙烯腈和木質素的配比，將其分別組裝成鋰離子半電池，獲得具有優秀倍率性能以及長循環穩定性的復合炭納米纖維PL-5/5電極。并將其進行改性，成功地構建了相鄰纖維互相焊接且具有介孔通道的復合炭納米纖維膜，纖維電極展現出了384.4 mAh g-1的可逆容量，以及大電流充放電(5Ag-1)條件下，仍能夠保持較好的放電容量127.7 mAh g-1，并且其放電時間僅為91 s。
　　

4、最后，以酚醛基介孔炭納米纖維作為正極活性材料，預嵌鋰后的聚丙烯腈/木質素基復合炭納米纖維作為負極活性材料，在沒有導電劑以及集流體的情況下，成功的構建了自支撐全纖維基鋰離子電容器。通過電化學性能研究，發現當能量密度為72.62 Wh kg-1時，功率密度為97.62 Wkg-1;并且當能量密度為33.05 Whkg-1，功率密度可高達11.89 kW kg-1，證明其優秀的能量和功率特性;并且在0.5Ag-1的電流密度下經過2100個循環