鋰離子電容器是一種介于超級(jí)電容器和鋰離子電池之間的新型儲(chǔ)能器件,具有高能量密度、高功率密度、可快速充放電、長(zhǎng)循環(huán)壽命和安全性能好等優(yōu)點(diǎn),在軌道交通、電動(dòng)汽車、新能源發(fā)電、航空航天和國(guó)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(guó)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(qǐng)了國(guó)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L(zhǎng)i+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(jiǎn)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(jí)電容產(chǎn)業(yè)年會(huì)”上,其研究成果“我國(guó)自主研發(fā)的全碳型鋰離子超級(jí)電容器實(shí)現(xiàn)裝車示范運(yùn)行”被中國(guó)超級(jí)電容產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟評(píng)選為“2019中國(guó)超級(jí)電容產(chǎn)業(yè)十大事件之一”。

Li3N預(yù)嵌鋰過程示意圖