前言：
近年来，随着经济的快速发展，人们的生活水平日益提高，对于环境问题也越来越重视，加之传统不可再生的化石能源日益匮乏，在这样的背景下，寻找清洁型能源和可再生能源就逐渐成为全球科研人士广泛关注和热议的话题。而电力能源就是一种清洁型能源，已经成为当前社会发展不可或缺的重要能源，发挥着越来越重要的作用。但电力能源很难被存储，为了保存电能，更便于人们的运用，科研人员研制了很多储能设备。其中，锂离子电池和超级电容器是两种重要的储能设备，相较而言，锂离子电池具有高比能量的特点，超级电容器具有高功率的特点。但在实际运用中，这两种储能电池也各具有一定的不足。为了更好地进行电能存储，锂离子电容电池逐渐成为科研人员关注和研究的热点。
一、锂离子电容电池简介
锂离子电容电池是一种新型的特殊储能装置，又被称为锂离子电容器，或者是锂离子混合超级电容器，是由电池型材料（负极）和电容式材料（正极）在含锂盐的电解质中组装而成的。在实际生活中，这一概念最早是在上世纪90年代由Evans课题组首次提出的。经过十多年的研发，进入21世纪初，Amatucci课题组研发出了首个锂电子电容电池。这种锂离子电容电池是一种非对称的混合储能电池，是以纳米结构的Li4Ti5O12为电池型负极、以活性炭为电容式正极在以LiPF6为基础的有机电解质中构建出来的。此后，国内外研究者不断研发出各种新型的锂离子电容电池，并实现了小型化，广泛应用于建筑机械、工业机械以及电动汽车等领域。但在进行工业化生产过程中，锂离子电容电池的正负极材料之间存在着动力不平衡的问题，需要开发出更多性能更加优异的电极材料[1]。
二、锂离子电容电池负极材料分析
目前，在锂离子电容电池研究方面，被研究人员广泛关注的负极材料主要包括过渡金属氧化物、碳材料、嵌锂化合物和硫化物四种。下面，分别进行阐述。
（一）过渡金属氧化物
过渡金属氧化物主要包括Fe、Co、Cu和Mo等，这些金属氧化物来源比较丰富，成本相对低廉且性能比较稳定，同时其比电容较电容器电极材料更高，因此成为锂离子电容电池关键电极材料研究的热点。但在实际研究中，研究人员发现，这些过渡金属氧化物电极材料在长时间充放电的循环中，体积会发生较大的变化，进而导致其初始库仑效率逐渐变低，同时产生速率能力变差和容量快速衰减等问题。为了更好地解决这些存在的问题，研究人员采用了两种手段：一是在这些材料的外贸方面进行了纳米处理，使其形成了多孔纳米结构，从而更好地维持结构的完整性，保证电化学反应的顺利进行；另一方面则是在这些金属氧化物中融入了碳材料，将其制备成纳米复合材料。这样制备的电极材料在反复充放电循环中，能有效降低其体积膨胀的现象，有效改善循环的可逆性，切实提高了电导率[2]。例如：Fe2O3就是一种过渡金属氧化物，这种三氧化二铁随处可见，成本十分低廉，且无毒性，此外，理论比电容较高，成为当前锂离子电容电池负极材料的主要研究对象。但其原生纳米颗粒较大，孔隙率不足，用其作为制备材料，锂离子存储性能并不是很理想，在导电性和循环稳定性方面相对较差。而通过与碳质材料融合，制备成纳米复合材料，极大地提升了其使用效率，成为当前锂离子电容电池研究领域极有研发前途的电极材料。
（二）碳材料
碳材料因其丰度高，物理和化学性质十分稳定，且随处可见、成本十分低廉而受到各储能领域研究人员的关注。最初用于研究的主要是石墨、硬碳和软碳材料，其中，石墨因其电导率较高、理论电容量大，被认为是一种理想的大功率电容负极材料，但在实际运用过程中，尤其是进行放电操作时，容易发生脱落现象。随着石墨烯的大范围使用，研究人员逐渐开始以石墨烯作为主要研究对象，并开始研制杂原子掺杂石墨烯复合材料，并将其作为锂离子电容电池的电极，效果比较理想。因此，石墨烯复合材料也是今后锂离子电容电池电极研制的关键材料。
（三）嵌锂化合物
嵌锂化合物也是当前锂离子电容电池常用的电极材料，其电化学工作电位相较于石墨材料更高，在安全性方面也更强。例如，钛锂酸（Li4Ti5O12）和二氧化钛（TiO2）这两种钛基氧化物就是当前锂离子电容电池研究领域常用的高功率密度负极材料，具有“零应变”的特性，并且具有优异的循环稳定性。对其进行纳米结构处理或制备成复合材料后，应用效果十分理想。
（四）硫化物
硫化物也是我们生活中比较常见的物质，成本十分低廉，尤其是NiS、CoS2和MoS2等硫化物，理论容量较高，且具有较为优异的电极动力学性能，因此成为当前锂离子电容电池领域备受关注的负极材料之一。但在实际运用中，硫化物的导电率较差，此外，在嵌入或脱出锂离子的过程中，容易出现团聚、吸锂和离子断裂现象，进而导致电容电池体积出现膨胀的现象。而通过对其进行纳米结构处理，或者是将其制备成复合材料，能有效改善上述问题。因此，硫化物也成为当前研究领域重点关注的电极材料之一。
三、锂离子电容电池正极材料分析
当前锂离子电容电池研究领域广泛关注的正极材料主要包括三个方面，分别是层状金属氧化物、石墨烯复合正极和其他新型材料。
（一）层状金属氧化物
目前，在锂离子电容电池研制过程中，可以作为电池正极的材料主要包括层状金属氧化物层状LiMO2化合物、尖晶石型LiMn2O4化合物、橄榄石磷酸盐阴极材料、三元正极材料和钒氧化物。这些材料均具有自身独特的优势，但同时也存在一定的不足，需要对其进行纳米结构处理，或者是制备成复合材料，才能满足实际运用的需求[3]。
（二）石墨烯复合正极
石墨烯是当前材料学研究领域广泛关注和研究的材料，在锂离子电容电池研究领域，石墨烯基活性材料兼具电池材料和电容材料的性质，被认为是锂离子电容电池理想的双活性电极材料[4]。目前，科研领域已经合成出了性能优异的全石墨烯电容电池。而且，在对其他材料进行复合材料制备时，往往也离不开石墨烯材料的配合。因此，我们应该进一步加深对石墨烯复合正极的研究。
（三）其他新型材料
目前，在锂离子电容电池正极材料研究方面，硼酸材料和硅酸盐材料也是研究的热点。但在具体运用中，需要对进行碳包覆处理，这样才能实现性能的稳定。
结语：
综上，锂离子电容电池是一种新型的储能装置，具有高能量和高功率密度以及长期循环稳定性等显著特点，成为填补锂离子电池和超级电容器之间差距的重要电化学储能装置。而电极材料是影响其整体性能的关键因素。本文就对当前锂离子电容电池关键电极材料进行了分析，希望能对相关人士的研究提供参考和借鉴，从而研制出低成本、低毒性且导电性能好的电极材料，实现正负极材料间动力学的平衡，进而促进行业的健康、持续发展。
参考文献：
[1]聂开俊,龚希宾,朱泉.超级电容与锂离子电池混合储能技术的发展[J].蓄电池,2019,(03):4-8.
[2]高耕,张克宇,王倩雯,等.金属草酸盐基负极材料——离子电池储能材料的新选择[J].化学进展,2021,(02):206-218.
[3]王妍.二氧化钒及其改性材料应用于锂离子电容电池正极的研究[D].内蒙古工业大学,2021.
[4]蔡克迪,严爽,徐天野,等.锂离子电容电池关键电极材料[J].化学进展,2021,(08):166-175.
