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分析化学进展|锂离子电容器电极材料的研究进展

汉斯出版社

2023-11-10

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导读：

锂离子电容器作为一种新型非对称电容器，在电极材料上结合使用了锂离子电池的负极材料和超级电容器的正极材料，具有比锂离子电池更高的功率密度和更长的循环次数，比超级电容器更高的能量密度，可满足实际应用中负载对电源系统电化学性能的整体要求，有望应用于电动汽车、电气设备、军事和航空领域等高能量大功率型的电子产品设备。本文旨在介绍锂离子电容器在电极材料方面的研究进展和提出实现商业化过程中面临的瓶颈问题。

基本信息：

锂离子电容器电极材料的研究进展

Research Progress in Electrode Materials for Lithium-Ion Capacitors

作者：

杨恩东, 许检红：上海亿金电子技术有限公司，上海；南通江海储能技术有限公司，江苏南通；南通江海电容器股份有限公司，江苏南通；丁佳佳：南通江海储能技术有限公司，江苏南通；丁继华：南通江海电容器股份有限公司，江苏南通；刘立忠*：南通大学化学化工学院，江苏南通

关键词:

锂离子电容器；阴极材料；阳极材料

项目基金：

国家自然科学基金(22302102)，江苏省高等学校自然科学研究面上项目(22KJB610022)，江苏省重点研发计划项目(BE2022767)，2020年江苏省科技成果转化专项资金项目(BA2020060)。

原文链接：

https://doi.org/10.12677/AAC.2023.134043

内容简介：

在汉斯出版社《分析化学进展》期刊上，有论文综述了LICs类别、作用机理以及其电极材料的制备、形态、结构与电化学性能关系等内容，并讨论了LICs存在的挑战和未来的研究方向。希望此综述能够为开发出高性能LICs先进电极材料提供一些参考。

ICs结合了不同机制在一个配置中，其中阴极进行的是物理吸附/解吸附过程以及预锂化阳极进行了化学插层/去插层或嵌入/脱嵌过程。图2为AC(+)||预锂化硬碳(HC)(−)系统的充放电电压分布简图。由于阳极预锂化处理，HC的开路电势(OCP)相对较低(~0.2V)，LICs的开路电压(OCV)接近于AC的OCP (~3.0 V)。在首次充电过程中，电解液中阴离子吸附到阴极上，同时阳离子(比如Li⁺)嵌入到阳极中。此过程中电解液作为载荷子和重要活性材料工作，与ECs“离子消耗机制”类似。随着电压增加，电解液浓度逐渐减少，表明此种LICs电容量并不取决于电极特性，主要依赖于电解液的初始离子浓度。随后放电过程中的离子传输机制相反，电解液中离子浓度逐渐得以恢复。当电压低于OCV时就会发生额外锂离子传输机制，随着电压从OCV降低到最低电压，锂离子从阳极转出至电解液中，与此同时相应的锂离子从电解液中转出吸附到阴极上，以此保持整体电解液浓度不变。在下一次充电过程中，此过程完全相反。LIC充放电过程中阴离子和阳极对于能量储存和转化都起到了重要作用。

近来，锂离子电容器(LICs)是一种新兴的先进混合电化学储能系统种类，能够同时满足高能量密度、高功率密度和极好循环性能的要求。LICs由电容式阴极和电池式阳极组成，结合了LIBs和ECs各自的优点。充放电时阴极和阳极分别进行物理(吸附/解吸附)和化学(嵌入/脱嵌或转化)过程，以此储存和释放能量。由于在单个配置中结合了两种储能机制，LICs具有出如下几点优势：(1) 比ECs具有更高的单体电容量和能量密度；(2) 比LIBs具有更高的功率密度；(3) −20℃到70℃的大工作温度范围；(4) 比ECs更低的自放电特性。目前已有许多研究通过修改阴极材料、阳极材料和电解液，以及使用预锂化或其他技术来提升LICs的能量密度、功率密度和生命周期。但在实现商业化过程中，LICs仍面临几个瓶颈：(1) 阳极反应动力学和稳定性依然不能与阴极相匹配，导致制备得成单体的功率密度和寿命难以达标；(2) 在改性电解液性能方面未有重大突破，电解液中较低的离子浓度导致LICs的能量密度仍然较低(<30 Wh/kg)；(3) 预锂化处理(包括锂源和环境条件)阻碍了LICs电极的规模化制备，不利于LIC设备的业化。因此，LICs的阴极材料、阳极材料、LICs中电极匹配规则和工作机理等关键材料技术仍然需要进一步研究。

1.张峥, 刘兴泉, 马慎思, 赵红远. 聚阴离子型正硅酸盐锂离子电池正极材料的研究进展[J]. 材料科学, 2013, 3(4): 160-167.

http://dx.doi.org/10.12677/MS.2013.34030

2.肖广顺, 朱继平. 锂离子电池镍钴锰三元正极材料研究进展[J]. 材料科学, 2020, 10(4): 201-215.

https://doi.org/10.12677/MS.2020.104026

3.王燚婧, 陈阳. MOFs复合材料及在锂离子电池中应用研究进展[J]. 电力与能源进展, 2023, 11(5): 147-160.

https://doi.org/10.12677/AEPE.2023.115017

4.谭斌, 冻瑞岚, 彭浩, 曾悦, 晁自胜. 铝离子电池正极材料的研究进展与展望[J]. 材料科学, 2020, 10(3): 173-178.

https://doi.org/10.12677/MS.2020.103022

5.廖雄威, 郑世林, 段军飞, 陈召勇. 锂离子电池高倍率纳米晶钛酸锂负极材料的制备及性能研究[J]. 材料科学, 2020, 10(5): 380-390.

https://doi.org/10.12677/MS.2020.105048

所属期刊

-Advances in Analytical Chemistry-

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