锂离子电容器兼备锂离子电池和超级电容器的优点,具有能量密度高、功率密度大、循环寿命长、自放电小等特点,是一种新型环保的储能器件。可携带电子设备和新能源汽车的快速发展对锂离子电容器的性能提出了更高的要求。我们从锂离子电容器的组成和结构全面着手,通过表面改性集流体以优化界面特性的方法来提高锂离子电容器的总体性能。本文主要利用化学气相沉积制备石墨烯涂层修饰集流体、激光加工有序穿孔箔、采用美国Dexmet公司多孔金属网为集流体等关键技术研究了集流体表面改性对锂离子电容器电化学性能的影响。同时,我们还开发了电解液消耗机制下的一种类对称型的全碳锂离子电容器体系,为锂离子电容器的进一步发展提供了指导和方向。主要研究内容包括:(1)低压化学气相沉积法制备单层石墨烯改性铜箔集流体及其界面特性研究。石墨烯不仅降低了接触电阻,提高了电子导电性,还优化了界面间的电化学动力学,抑制了铜箔在电解液中的氧化,增强电子收集能力的同时抑制了Li+的界面扩散,有效的提高了钛酸锂负极的利用率。钛酸锂采用改性和未改性铜箔在10 A g-1电流密度下的放电比容量分别为101.7,83.7 mAh g-1,循环后容量保持率依次为96.9%,85.1%。研究表明,锂离子电容器采用石墨烯改性后的集流体也具有更优的电化学性能。我们还通过化学气相沉积及化学浸渍法制备了高度石墨化碳及纳米Pt颗粒以协同改性不锈钢集流体(SS@C@Pt)。SS@C@Pt能提供良好的电子传输网络,降低接触电阻,减小极化,并增强活性物质与集流体间的粘结强度,改善了钛酸锂负极的倍率性能。(2)激光技术制备有序穿孔铜箔集流体及其电化学性能研究。石墨负极采用传统铜箔(CCC)和穿孔铜箔(PCC)通过内部短路的方式完成预锂化。同等时间下,石墨虽然采用CCC的预锂化速率略快,但易发生金属锂沉积现象,且沉积在石墨表面的SEI膜厚度大,充放电过程中发生膨胀,导致活性物质与集流体间粘结力降低,内阻增大。石墨采用PCC完成预锂化后,表层SEI膜稳定,组装的锂离子电容器自放电现象小,电压降小,内阻小,具有更佳的倍率性能和循环性能。(3)溶剂热辅助高温碳化的方法合成出由纳米片自组装的、氮掺杂聚酰亚胺衍生碳微球作为锂离子电容器正、负极材料。配比后组装成的锂离子电容器在300 W kg-1的功率密度下具有高达90 Wh kg-1的能量密度,特别是在15000 W kg-1的功率密度下依然有45.8 Wh kg-1的能量密度。此外,我们还采用Dexmet公司开发的多孔金属网代替传统集流体进行研究。结果表明,采用多孔金属网为集流体的锂离子电容器在循环5000次依然具有80.0%的容量保持率,高于采用传统集流体的容量保持率(71.1%),具有更佳的循环性能。