高能量密度储电材料研究现状

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1、高能量密度储电材料研究现状摘要：在概述了二次电池和超级电容器的原理和现状的基础上，介绍了锂离子二次电池正负极活性材料及电化学超级电容器电极材料的研究进展，分析了新提出的陶瓷超级电容器的发展现状。最后对高能量密度储电材料的发展趋势作了推测。？关键词：锂离子二次电池；电化学超级电容器;电极材料；陶瓷超级电容器？中图分类号：TM911.14文献标识码：A文章编号：2095-1302(2011)10-0049-04?ResearchStatuesofElectricalStorageMaterialswithHighEnergyDensity?HEDong-lin,

2、YANGChuan-ren,QINDeng-jin,WANGZhuo-bin,CHENHong-wei,ZHANGJi-hua?(StateKeyLaboratoryofElectronicThinFilmsandIntegratedDevices,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu610054,China)?Abstract：Theprinciplesandstatusaboutsecondarybatteriesandelectrochemicalsupercapacitor

3、sareintroduced.Infoundationofthis,theprogressofelectrodematerialsinlithium-ionrechargeablebatteriesandelectrochemicalsupercapacitorsarereviewed,thedevelopmentstatusoftheceramicsupercapacitorissummarized.Newspeculationsaboutthetrendofelectricalstoragematerialswithhighenergydensityar

4、eproposed.?Keywords：lithium-ionsecondarybatteries;electrochemicalsupercapacitors;electrodematerial;ceramicsupercapacitor?0引言？相对于传统化石能源而言，电能有很多优势（比如成本低、使用方便、无污染等）。然而，在交通领域化石能源仍然占绝对地位，限制电能在此领域取代化石能源的一个很大因素就是现在的储电设备能量密度不够高。另外，手机、笔记本电脑等移动设备充电频率越来越高，其主要原因也是现有电池能量密度不够高。因此，研宄可移动高能量储电装置具有重

5、要的意义。?如今，致力于高能量密度的储电装置有二次电池和超级电容器?。二次电池又叫蓄电池，民用领域常见的有铅酸电池和锂电池，二次电池是现今主要的高能量密度的储电装置。超级电容器一般指电化学超级电容器，这种电容器虽然能量密度相对于二次电池而言比较低，但其理论能量密度可以很高，仍然有很大的研究价值?。近几年，EEStor公司提出的新型陶瓷超级电容器，声称有远超过现有锂二次电池的能量密度。？本文概述了二次电池和超级电容器的原理和现状综述了锂二次电池和超级电容器电极材料的研究进展总结了陶瓷超级电容器的研宄结果，以期为移动电源的发展提供借鉴。？1高能量密度储电装置

6、的原理及现状？1.1二次电池？二次电池的基本原理与原电池相同，它们都是利用自发氧化还原反应产生电流，但是，外加电压的条件下，二次电池的氧化还原反应可反方向进行?。？原电池的原理示意图如图1所示，该电池的主体组成为正极、负极和电解质，其中电解质提供离子导电通道，正负极存储能量。能量总量为可移动的电荷量与电池电动势的乘积。电池电动势等于正负极电极电势（相对于标准氢电极的电势，一般由物质本性决定）之差，电荷量由正负极活性物质（参加氧化还原反应的物质）的质量和容量（每克活性物质能放出的电子数目）来决定。一般来说，正负极活性物质容量越大，电极电势绝对值越大，能量密度

7、也就越高。？目前主要的二次电池有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂二次电池?。它们的储电性能对比如表1所列?。？实际上，能量密度(比能量)通常与放电速度(1小时放完所有电为1C)有关，而循环寿命则与放电深度(DOD)有很大关系。？从表1可以看出：前三种二次电池的能量密度没有锂电池高，循环寿命也不及锂二次电池。另一方面，前三种二次电池电极材料的实际容量已接近理论容量，而目前主流商业锂二次电池负极材料为钴酸锂(LiCoO?2),理论容量不到金属锂的十分之一，具有很大的提升空间。？1.2超级电容器？超级电容器按储电机理可分为双电层电容器和赝电容器?。双电层电容

8、器原理为电解质中可自由运动的离子在小于其电解电压的电