鋰離子電容器是一種介于超級電容器和鋰離子電池之間的新型儲能器件,具有高能量密度、高功率密度、可快速充放電、長循環(huán)壽命和安全性能好等優(yōu)點(diǎn),在軌道交通、電動汽車、新能源發(fā)電、航空航天和國防軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

負(fù)極預(yù)嵌鋰是制備高性能鋰離子電容器的關(guān)鍵技術(shù)之一。日前,中國科學(xué)院電工研究所超導(dǎo)與能源新材料研究部馬衍偉團(tuán)隊(duì)在鋰離子電容器負(fù)極預(yù)嵌鋰技術(shù)方面取得進(jìn)展,相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于材料期刊Energy Storage Materials,并申請了國家發(fā)明專利。

該研究創(chuàng)新性提出了以高比容量的Li3N作為鋰離子電容器的預(yù)嵌鋰劑,首次采用干法工藝制備出活性炭與Li3N復(fù)合正極,軟碳材料作為負(fù)極,組裝成軟包裝鋰離子電容器。Li3N在首周充電后完全分解為Li+和N2,Li+進(jìn)入負(fù)極完成預(yù)嵌鋰過程,N2通過二次封口工藝排除,不殘留非電化學(xué)活性物質(zhì)。基于電極材料的能量密度達(dá)到74.7Wh/kg,功率密度達(dá)到12.9kW/kg,且循環(huán)10000周后容量保持率為91%。該方法操作工藝簡單、效率高,易于實(shí)現(xiàn)鋰離子電容器的規(guī)模化制備。

該研究團(tuán)隊(duì)近年來在鋰離子電容器規(guī)模化制備以及應(yīng)用示范方面開展了大量的研究工作,取得了一系列研究成果。在11月舉辦的“2019超級電容產(chǎn)業(yè)年會”上,其研究成果“我國自主研發(fā)的全碳型鋰離子超級電容器實(shí)現(xiàn)裝車示范運(yùn)行”被中國超級電容產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟評選為“2019中國超級電容產(chǎn)業(yè)十大事件之一”。

Li3N預(yù)嵌鋰過程示意圖