超级电容电池用低电位三维层次孔多孔碳/CMS双功能复合负极材料及其储能机理研究

超级电容电池是一种通过双电层电容与锂离子脱/嵌两种方式进行双功能储能的新型储能器件，开发双功能负极至关重要。本项目拟将具有优良锂离子脱/嵌性能的中间相碳微球（CMS）与具有良好电容储能性能的三维层次孔多孔碳（HPGC）有机结合在一起，并通过CMS表面纳米化与壳层低电位化来制备具有核壳结构的双功能复合负极材料，重点研究CMS与HPGC的有机结合以及纳米化与低电位化处理等技术。利用各种现代物理化学表征手段与电化学测试技术，研究CMS/HPGC核壳结构形成的反应机理与动力学，揭示材料中各组分和制备工艺对其理化性质与电化学性质的影响规律；在深入研究组分、制备工艺、性质和电化学行为关系的基础上，找到具有良好双功能储能的负极制备技术；研究各种离子在电极中传输行为与规律，阐明其双功能储能机理，建立负极在超级电容电池体系中的工作模型。项目的研究，可为设计高能量密度、高功率及长寿命超级电容电池奠定理论基础。

超级电容电池是一种通过双电层电容与锂离子嵌/脱两种方式进行双功能储能的新型储能器件，开发双功能负极至关重要。本项目创新性地把具有优良锂离子脱/嵌储能功能的石墨类材料CMS与具有双电层储能功能的多孔碳材料复合制备了超级电容电池用负极，并对这些材料进行了系统研究，得到了两种具有良好双功能特性的复合碳材料，一种是中孔为主的多孔碳/CMS复合负极材料，另一种是具有三维层次孔结构的多孔碳/CMS复合负极材料。对其各项电化学性能的研究发现多孔碳/CMS复合负极具有良好的脱嵌锂储能性能和双电层储能性能，而具有三维层次孔结构的多孔碳/CMS复合负极在容量和倍率性能方面均优于中孔碳/CMS复合负极，满足超级电容电池对负极材料的要求。通过进一步对复合材料与多离子电解液的相容性以及电极动力学的研究，建立起了多孔碳/CMS复合负极的工作模型并阐述了其储能机理。