新型Li4Ti5O12/AC混合电容器电池是结合超级电容器和锂离子电池技术原理研制的一种新型储能器件，具有高容量密度、高功率密度、长循环命、高工作电压等优异的综合性能，是日益兴起的电动技术产业所需的极佳的动力电池。相对于燃料电池、钠-硫电池等其他新型电池，新型Li4Ti5O12/AC混合电容器电池基于成熟的传统电池技术,在快速推广和规模化生产方面更具优势。

随着近年来电池技术的发展，特别是锂离子电池的广泛应用，电动汽车、家用电气、航天航空设施等大型电子产品领域发展迅速，但这些大型电子产品往往需要较大的瞬间电流，而传统电池由于功率密度过低而竞争力有限。同时，超级电容器虽然充放电速率快，循环寿命长，但其容量密度低、自放电严重、工作电压在 1V 以下等问题，大大限制了其可应用性。
所以寻求同时具有高比容量和高比功率、循环寿命长等优异性能且廉价、清洁的新能源装置，是能源领域的最重要的课题之一。
于是我们自创超级电容器和锂离子电池结合技术，集合二者优点，互补二者不足，设计研制了具有高容量密度、高功率密度、长循环寿命、高工作电压等优异综合性能的 Li4Ti5O12/AC混合电容器电池。
下面是具体阐述：
1、将超级电容器和锂离子电池的技术原理相结合，使新型混合电容器电池在拥有较高的能量密度的同时也具有较高的功率密度和较长的循环寿命。
我们深入研究了电池与电容器的储能机理，总结出：
1）电池：通过法拉第电化学反应储能，反应发生在电极内部，改变了电极氧化程度、化学组成和晶格参数。由于反应在电极内部进行，因此电池能量密度大。但电池中活性物质结构发生变化，因此循环寿命较短。同时，由于电化学反应速度较慢、 电阻较大，电池的功率密度较低。
2）超级电容器：通过在电极表面储存电荷，形成的双层电容达到储能效果，因而其功率密度高，循环寿命长。但是电荷只能储存在电极表面，因此双电层电容器工作电压低、 容量密度低。
于是我们创造性地使用一个电极使用锂离子电池电极材料，另一个电极使用超级电容器电极材料，结合了这两种储能机理，成功实现了两种储能装置的性能互补，得到了高容量密度、高功率密度、循环寿命长的优良性能。
2、选择最理想的电极材料，以保证混合电容器的优良综合性能得以实现。
混合电容器电池的性能极大程度上决定于电极材料的性能，于是选择合适的电极材料至关重要。经过反复的理论和实验论证，我们确定了选择尖晶石结构的Li4Ti5012作为负极材料，理由是：
1）Li4Ti5O12的理论比容量高,为175mAh/g,远高于活性炭的(40mAh/g)；
2）Li4Ti5O12具有零应变的性质，在充放电过程中晶体结构几乎无变化，循环寿命长，充放电效率接近100％；
3）嵌锂电位高(1.55V vs.Li/Li+ ) 而不易引起金属锂析出, 并且其平台容量超过总容量的85％，充电结束时电位迅速上升，此现象可用于指示终止充电，避免了过充电；
4）Li4Ti5O12中锂离子扩散系数约为石墨中的10倍，具有大电流充放电优势。
正极材料我们选用电容性极好，制备工艺简单、价格低廉、环境友好的活性炭，通过实验发现活性炭比电容随比表面积增大的幅度并不一致，有些活性炭虽然比表面积不大，但却显示出较大的比容量，说明活性炭的比电容不仅仅是比表面积的函数，而且还受其它因素的影响。
选取实验性能最佳的比表面积为2000m2/g的活性炭为正极，在水系和非水电解质中能获得280F/g和120F/g的比容量。Li4Ti5O12/AC混合电容器电解液为有机体系，故采用非水系活性炭粉末制备正极。
3、采用独创技术合成容量密度高、嵌锂电位高、结构稳定的Li4Ti5O12作为嵌锂负极，极大程度地提高了混合电容器电池的容量密度、循环稳定性和安全性。
我们采用自创的一步水热离子交换法制备微纳米级Li4Ti5O12微球作为活性物质，并加以性能改进，充放电时缩短了电子和Li+扩散路径，增加了电极与电解液接触面积，提高了活性物质的利用率，从而有效地提高了电极的比容量。
1）制备合适形貌的Li4Ti5O12
形貌是影响Li4Ti5O12电化学性能的一个重要因素。合适的颗粒形貌有利于电极材料与电解液的浸润，合适的颗粒尺寸能够减小Li+在Li4Ti5O12晶体中的扩散路径。因此我们致力于改善Li4Ti5O12的合成方法，独创了一步水热离子交换法合成出了制备球形的尺寸均一的纳米级Li4Ti5O12微球，极大程度地提高了其大电流放电特性。
2）提高Li4Ti5O12材料的电导率　
Li4Ti5O12的导电率低，大电流充放电时，富集的电子将通过极化效应反过来限制锂离子的嵌入和脱出，从而使得材料电化学性能恶化。我们通过在Li4Ti5O12材料表面包覆导电剂，构造导电网络，从而显著提高了电子电导率，继而极大程度上改善了大电流放电特性。
4、优化正负极材料性能和容量匹配，使该混合电容器电池获得其最佳综合性能；
通过我们自主研发独创的技术方法，成功将一个电化学电极与一个电容型电极结合在同一体系中后，我们进一步用重复试验反复对照，优化正负极材料性能和容量匹配，使该混合电容器电池获得其最佳综合性能。

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