原位预锂化碳负极纳米结构设计实现高功率长寿命锂离子电容器

锂离子电容器(LICs)虽兼具高能量/功率密度，但受制于SEI形成过程中的锂离子不可逆损耗，循环寿命通常不足1万次。本研究创新性采用46 μm锂箔与负极直接接触的in situ预锂化策略(ISP)，成功构建稳定LiCx界面。所得器件实现204 Wh kg?1能量密度和5.5 kW kg?1功率密度，在4万次循环后仍保持87%容量，为高性能储能系统开发提供关键技术路径。

　　

锂离子电容器（Lithium-Ion Capacitors, LICs）虽能同时实现高能量密度和高功率密度，却因固体电解质界面膜（Solid Electrolyte Interphase, SEI）形成过程中的锂离子（Li⁺）不可控损耗及副反应，普遍存在循环稳定性差（通常＜10,000次）的瓶颈。从产业化视角看，要实现＞20,000次的长循环寿命，必须开发有效的预锂化（pre-lithiation）策略以持续补充损耗的锂离子。

本研究提出一种可规模化应用的预锂化技术：在组装LICs时直接使46微米厚的锂金属箔片与碳涂层多孔集流体阳极接触，通过两者间的电化学势差驱动锂化过程，实现高效的原位预锂化（in situ pre-lithiation, ISP）。经10小时预锂化处理后，通过非原位（ex situ）表征研究证实了LiC_x化合物及稳定SEI膜的成功构建。

优化后的器件展现出204 Wh kg^?1的顶尖级比能量和5.5 kW kg^?1的比功率，更在完成40,000次全充放电循环（相当于631小时连续运行）后仍保持87%的容量 retention率。该结构工程设计策略凸显了预锂化技术在推动下一代高性能储能解决方案发展中的关键作用。