子产品的快速发展,开发兼具高能量、高功率、长寿命的电化学储能器件成为目前的迫切需求。集合了超级电容器高功率性能、高安全性能、长循环寿命与锂离子电池高能量密度等优势的锂离子超级电容器,是学术界与产业界共同认可的有效解决方案之一。
锂离子超级电容器是一种典型的非对称电容器,正极采用电容性材料(活性炭),负极采用预嵌锂的电池性材料(如石墨、硬碳、软碳、钛酸锂等)。在充放电过程中,正极发生离子的吸/脱附(非法拉第过程),负极发生锂离子的脱嵌过程(法拉第过程)。
锂离子超级电容器兼具超级电容器和锂离子电池的优点,成本介于两者之间,可以广泛应用于新能源城市公交车、隧道机车、备用电源、轨道交通、风电变桨、可再生能源发电与储存、自动导引运输车( AGV) 、节能电梯、不间断电源等众多领域。
容器阴极通常选用电容型材料。活性炭具有较大的比表面积以及良好的导电性,可以实现离子快速吸/脱附,成为研究和商业化应用最多的阳极材料。阳极是决定锂离子超级电容器功率密度的主要因素,锂离子在阴极嵌入/嵌出的反应动力学较慢,目前常用的阳极材料有石墨、软碳、硬碳以及硅基材料等。合理的阴阳极材料选型、优化、匹配,是制备综合性能优异的锂离子超级电容器的基础。
(2)新型阴极材料开发
当前的阴极活性炭材料比容量较低,是制约锂离子电容器能量密度的关键因素,通过合理的电极材料设计比如掺杂、界面改性、微结构调控、复合等,开发新型阴极材料,改善离子吸附性能,进一步提高碳材料的比容量,提高器件的能量密度。
(3)碳阳极材料预嵌锂技术
开发简便、高效、可控的碳阳极材料预嵌锂技术,使碳阳极表面预先形成低阻抗SEI 膜,可有效解决电解液中由于锂离子消耗以及界面模阻抗引起的功率密度降低问题。同时,预嵌锂后的阳极电位会进一步降低,可有效提升器件的开路电压和电压操作区间,有助于提高器件的能量密度。
能量密度>100Wh/Kg;
功率密度>10KW/Kg;
循环寿命>50000次。