锂离子电容器负极预嵌锂研究新进展

锂离子电容器是一种介于超级电容器和锂离子电池之间的新型储能器件,具有高能量密度、高功率密度、可快速充放电、长循环寿命和安全性能好等优点,在轨道交通、电动汽车、新能源发电、航空航天和国防军事等领域有着广泛的应用前景。

负极预嵌锂是制备高性能锂离子电容器的关键技术之一。日前,中国科学院电工研究所超导与能源新材料研究部马衍伟团队在锂离子电容器负极预嵌锂技术方面取得进展,相关研究结果发表于材料期刊Energy Storage Materials,并申请了国家发明专利。

该研究创新性提出了以高比容量的Li3N作为锂离子电容器的预嵌锂剂,首次采用干法工艺制备出活性炭与Li3N复合正极,软碳材料作为负极,组装成软包装锂离子电容器。Li3N在首周充电后完全分解为Li+和N2,Li+进入负极完成预嵌锂过程,N2通过二次封口工艺排除,不残留非电化学活性物质。基于电极材料的能量密度达到74.7Wh/kg,功率密度达到12.9kW/kg,且循环10000周后容量保持率为91%。该方法操作工艺简单、效率高,易于实现锂离子电容器的规模化制备。

该研究团队近年来在锂离子电容器规模化制备以及应用示范方面开展了大量的研究工作,取得了一系列研究成果。在11月举办的“2019超级电容产业年会”上,其研究成果“我国自主研发的全碳型锂离子超级电容器实现装车示范运行”被中国超级电容产业联盟评选为“2019中国超级电容产业十大事件之一”。

Li3N预嵌锂过程示意图