《Electrochimica Acta》：Synergistic Effect of LiFePO
4 Composite Cathode for Electrochemical Performance Improvement in Lithium-Ion Hybrid Capacitors
编辑推荐：
●在 LFP@AC@CNTs@GN 正极中实现了协同电池 - 电容器储能。●分层碳网络缓冲应变并抑制极化。●2.5 Ah 软包电池验证了实际 LIHC 应用的可行性。引言电动汽车（EVs）和便携式电子设备的迅速普及，对储能设备在快速充电能力、循环寿命、运行安全性和制造成本方面
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在 LFP@AC@CNTs@GN 正极中实现了协同电池 - 电容器储能。
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分层碳网络缓冲应变并抑制极化。
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2.5 Ah 软包电池验证了实际 LIHC 应用的可行性。
引言
电动汽车（EVs）和便携式电子设备的迅速普及，对储能设备在快速充电能力、循环寿命、运行安全性和制造成本方面提出了不断加严的要求 [[1], [2], [3]]。锂离子电池（LIBs）凭借其高能量密度和成熟的工业制备技术，长期以来在储能市场占据主导地位 [4,5]。超级电容器因其高功率密度和良好的循环稳定性而引起了巨大的研究关注 [6,7]。然而，超级电容器较低的能量密度无法满足电动汽车长时间运行的需求，这极大地限制了其独立的商业应用 [8]。结合了电池和超级电容器优点的锂离子混合电容器（LIHCs），被视为有前途的先进储能器件 [9,10]。传统 LIHCs 通常配置为电容器型正极和电池型负极。为了缓解此类正极和负极之间的动力学不匹配，大量努力致力于负极改性，以缓解动力学不平衡并实现高功率密度 [11,12]。同时，也有针对正极改性进行了广泛探索以在保持高功率能力的同时提高整体能量密度。即便如此，传统 LIHCs 仍然面临能量密度不令人满意的低水平 [13,14]。构建具有锂离子电池型正极的 LIHCs 已成为一种有效策略，可同时在优化能量密度和功率密度方面展示在高倍率储能系统中的应用潜力 [15,16]。因此，正极材料的合理结构调控对于进一步提高此类混合储能器件的电化学性能至关重要。
在各种锂离子电池（LIBs）正极候选材料中，磷酸铁锂（LiFePO?, LFP）凭借其优良的热稳定性、环境友好性和低廉的原材料成本，已成为广泛采用的商业化正极材料之一 [17]。然而，LFP 固有的局限性，包括低电子电导率和迟缓的固态 Li?扩散动力学，不可避免地导致在高电流条件下倍率性能有限和严重极化，这阻碍了其在高功率快速充电场景中的大规模部署 [18,19]。已采用各种策略，如杂原子掺杂、碳包覆和纳米结构化，以降低带隙、改善电子电导率并加速 LFP 的离子扩散 [[20], [21], [22]]。然而，这些方法通常需要复杂的制备路线和昂贵的原料。同时，浆料混合过程中容易发生纳米颗粒二次团聚，导致电解质渗透不足。因此，以低成本实现 LFP 的高倍率性能仍面临巨大障碍。AC 具有丰富的多孔结构和良好的电解质润湿性，被广泛用作电容器电极材料。一维（1D）碳纳米管（CNTs）和二维（2D）石墨烯（GN）具有高电导率和高长径比，可以形成互联的导电网络以增强电极的电子传输效率。设计整合 AC、CNTs 和 GN 优点的复合架构，预计将从根本上突破原始 LFP 的动力学限制。
在本工作中，通过一种简便的复合改性方法合理合成了新型 LFP@AC@CNTs@GN 复合正极。多孔 AC、一维交织的 CNTs 和二维 GN 的协同耦合效应促成了互联三维导电网络的形成。这种精心设计的架构高效地加速了离子和电子的传输，并有效抑制了 LFP 在长期循环过程中的结构退化。进行了一系列系统的电化学测量以揭示复合结构的动力学增强机制。此外，通过将获得复合正极与石墨负极配对组装了高容量软包型全电池，用于锂离子混合电容器应用。优化后的电极和组装的全电池器件在快速充电条件下表现出改进的倍率性能和稳定的循环性能。本研究阐明了面向 LFP 的多碳协同改性机制，并为低成本、长循环和快速充电锂离子混合电容器的合理设计和可扩展工业制备提供了可行的技术指导。
章节摘要
LFP@AC@CNTs@GN 复合正极的制备与表征
复合正极采用传统的浆料涂覆法制备。在此过程中，电极浆料由 LFP (91.64 wt%)、AC (1.86 wt%)、CNTs (1.75 wt%)、GN (0.75 wt%) 和 PVDF 粘结剂 (4 wt%) 分散在 N-甲基 -2-吡咯烷酮 (NMP) 溶剂中组成。为了构建高效的三维 (3D) 导电网络并克服纳米材料的固有团聚倾向，采用了一种分层高剪切分散过程。在
LFP@AC@CNTs@GN 复合正极的表征
LFP@AC@CNTs@GN 复合正极的结构设计如图 1a 所示。在此架构中，LFP 颗粒作为主要法拉第储能组件。多孔 AC 通过双电层形成提供额外的电容 [23,24]，并为电解质浸润和离子传输提供开放通道。同时，CNTs 和 GN 与 LFP 和 AC 交织在一起形成连续的 3D 导电网络。这种分层配置
结论
总之，我们合理设计了一种具有互联三维多孔导电网络的 LFP@AC@CNTs@GN 复合正极，通过协同电池 - 电容器双储能策略实现。在此架构中，AC 骨架增强了电容并促进电解质浸润以实现快速离子传输，而一维 CNTs 和二维石墨烯交织在 LFP 颗粒周围形成连续的三维导电框架，确保了高效的电子传导和
CRediT 作者贡献声明
F.Q. 和 H.Z. 进行了材料制备、表征和电化学测试。L.M. 和 X.Z. 进行了材料结构表征。X.Z. 和 Y.S. 进行了材料计算和分析。H.L.、X.G. 和 Y.W. 分析了结果并提供了建议。H.Z. 和 H.D. 撰写了初稿，所有作者讨论了实验结果并贡献于手稿的准备。F.Q. 和 Z.Y. 支持了该项目。
利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。
CRediT 作者贡献声明
F.Q. 和 H.Z. 进行了材料制备、表征和电化学测试。L.M. 和 X.Z. 进行了材料结构表征。X.Z. 和 Y.S. 进行了材料计算和分析。H.L.、X.G. 和 Y.W. 分析了结果并提供了建议。H.Z. 和 H.D. 撰写了初稿，所有作者讨论了实验结果并贡献于手稿的准备。F.Q. 和 Z.Y. 支持了该项目。
CRediT 作者贡献声明
Fangcheng Qiu: 撰写 – 初稿，方法论。Hao Zhang: 撰写 – 初稿，形式分析，数据管理。Lingdong Meng: 数据管理，概念构思。Xin Zheng: 形式分析，数据管理。Yufeng Song: 形式分析，数据管理，概念构思。Ronghai Liu: 项目管理，方法论。Xinliang Guo: 数据管理，概念构思。Yaqun Wang: 项目管理，方法论。Huiping Du: 撰写 – 审阅与编辑，项目管理，
Fangcheng Qiu|Hao Zhang|Lingdong Meng|Xin Zheng|Yufeng Song|Ronghai Liu|Xinliang Guo|Yaqun Wang|Huiping Du|Ze Yang
