超级电容电池用炭类负极材料的研究进展.pdf

·6·材料导报:综述篇2010年7月(上)第24卷第7期

超级电容电池用炭类负极材料的研究进展3

周向阳,娄世菊,杨娟,刘宏专,邹幽兰

(中南大学冶金科学与工程学院,长沙410083)

摘要超级电容电池是具有高能量密度和高功率密度的新型储能器件,对其负极材料的研究主要集中在炭材
料上。分析了超级电容电池用炭类负极的工作原理,综述了可用作超级电容电池负极的活性炭/石墨复合材料和三
维炭材料的制备方法与电化学性能,分析了现行超级电容电池用炭类材料研究中的不足,指出超级电容电池用炭类
负极材料的研究重点应集中在对其储能机理进行深层次研究。采用量子化学计算方法研究炭材料结构与性能的关
系也是未来研究的一个重点。
关键词超级电容电池炭类负极储能器件

RecentDevelopmentsinResearchonCarbonasAnodeMaterial
ElectrodeinSuperLithiumIonCapacitor
ZHOUXiangyang,LOUShiju,YANGJuan,LIUHongzhuan,ZOUYoulan

(SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CentreSouthUniversity,Changsha410083)

AbstractSuperlithiumioncapacitor(SLIC)isakindofnovelenergystoragedeviceswithhighenergydensity
andhighpowerdensity.AnodematerialsareindispensabletoSLIC,andtheirresearchesarefocusedoncarboncom2
pounds.TheworkingprincipleofcarbonanodeforSLICismainlyanalyzed,andthepreparationandelectrochemical
propertiesofactivatedcarbon/graphitecompositeand3Dcarbonmaterialswhichcanbeusedasanodematerialelec2
trodeinSLICarereviewed.Theshortcomingsintheresearchoncarbonanodematerialsarealsoanalyzed,andthekey
pointsintheresearcharepointedouttobeenergystoragemechanismandrelationshipbetweencarbonstructureand
propertybyusingquantumchemicalmethod.
Keywordssuperlithiumioncapacitor,carbonanode,energystoragecomponent

超级电容电池是指兼具双电层电容储能和锂离子脱嵌电层电容和锂离子电池性能的炭材料的研究现状,指出了这
储能的一种新储能器件,具有高能量密度和高功率密度,可些材料目前存在的不足,并分析了超级电容电池用炭类负极
望在航空航天、国防军工、电动车辆、电子信息和仪器仪表等材料未来的研究方向。
急需兼具高能量密度、高功率密度等性能储能器件的领域得
超级电容电池用炭材料的工作原理
到广泛应用。目前对超级电容电池储能器件的研究逐渐成1
为热点[1-3]。由于超级电容电池用炭负极材料应兼具锂离子电池负
作为超级电容电池关键材料之一的负极材料应兼具锂极材料和超级电容器电极材料的特点,所以该炭材料必须满
离子电池负极材料和超级电容器电极材料的特点。迄今为足锂离子脱/嵌与双电层电容2种方式储能,具有“双功能”
止,在锂离子二次电池负极材料和超级电容器负极材料中,效果。以下根据锂离子脱/嵌储能和双电层电容储能的原理
炭材料是唯一商业化的,而且在新型、高性能开发方面仍具来分析超级电容电池用炭类负极的工作原理。
很大发展空间,因此,炭材料仍然是锂离子二次电池负极材1.1锂离子脱/嵌储能原理
料和超级电容器负极材料研究领域的热点之一[4-6]。选择来由于锂离子脱/嵌储能原理可类比于锂离子二次电池的
源广泛、价格便宜、性能优良的炭类材料作为超级电容电池储能原理。充电时,Li+从正极脱出并嵌入负极品格,正极处
的负极材料具有广阔的应用前景。于贫锂态;放电时,Li+从负极脱出并插入正极,正极为富锂
目前专门针对超级电容电池用炭类负极材料的研究比态。为保持电荷的平衡,充、放电过程中应有相同数量的电
较少,但是已有文献报道采用一定的方法制备出兼具优异双子经外电路传递,与Li+一起在正负极间迁移,使正负极发生
电层电