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、長循環壽命和安全性能好等優點,在軌道交通、電動汽車、新能源發電、航空航天和國防軍事等領域有著廣泛的應用前景。

負極預嵌鋰是制備高性能鋰離子電容器的關鍵技術之一。日前,中國科學院電工研究所超導與能源新材料研究部馬衍偉團隊在鋰離子電容器負極預嵌鋰技術方面取得進展,相關研究結果發表于材料期刊Energy Storage Materials,并申請了國家發明專利。

該研究創新性提出了以高比容量的Li3N作為鋰離子電容器的預嵌鋰劑,首次采用干法工藝制備出活性炭與Li3N復合正極,軟碳材料作為負極,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+進入負極完成預嵌鋰過程,N2通過二次封口工藝排除,不殘留非電化學活性物質。基于電極材料的能量密度達到74.7Wh/kg,功率密度達到12.9kW/kg,且循環10000周后容量保持率為91%。該方法操作工藝簡單、效率高,易于實現鋰離子電容器的規模化制備。

該研究團隊近年來在鋰離子電容器規模化制備以及應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超級電容產業年會”上,其研究成果“我國自主研發的全碳型鋰離子超級電容器實現裝車示范運行”被中國超級電容產業聯盟評選為“2019中國超級電容產業十大事件之一”。

Li3N預嵌鋰過程示意圖