鋰離子電容器硬碳負極材料的表面改性及其電化學性能研究

王赫，秦楠，郭鑫，鄭俊生，趙基鋼

（1 華東理工大學綠色能源化工國際聯合研究中心，上海200237； 2 同濟大學新能源汽車工程中心，上海201804；3同濟大學汽車學院，上海201804）

引 言

隨著世界經濟快速發展，能源需求日益增加，化石能源短缺和環境污染問題日趨嚴重，尋找更加清潔高效的新能源成為全球科研工作者共同關注的話題[1]。鋰離子電容器(lithium ion capacitor, LIC)是一種新興的儲能裝置，它將鋰離子電池和超級電容器相結合，正極一般采用活性炭等電容材料，負極采用石墨、硬碳、軟碳等電池材料，兼具高能量密度和高功率密度的優勢，被認為是最有前途的電能儲存系統之一[2-6]。

硬碳是由局部石墨化的碳層結構高度無序堆疊而成，交錯縱橫的結構有利于鋰離子的嵌入和脫出，使得硬碳成為鋰離子電容器優選負極材料[7-9]。但是硬碳由于儲能機制問題，倍率性能遠低于正極材料，極大地限制了鋰離子電容器的功率密度。對碳材料進行表面改性是提高其電化學性能的重要手段之一[10-13]。表面含氧官能團的引入可以提供額外的活性中心和缺陷，尤其是羰基和羧基的引入會提高電子遷移率，表現出優異的倍率性能[14-16]。因此本文以商業硬碳為原材料，通過超聲混酸氧化法對硬碳進行表面改性，在其表面引入含氧官能團，進而提高硬碳電極材料的電化學性能。

1 實驗材料和方法

1.1 材料和儀器

主要試劑：硬碳，5 μm，Kuraray；活性炭，YP-50F，Kuraray；科琴黑，99%，深圳科晶；丁苯橡膠(SBR)乳液，50%，巴斯夫；羧甲基纖維素鈉(CMC)，98%，國藥試劑集團；……