鋰離子電容器(LIC)是一種混合型電容器，屬于超級電容器的一種。它被稱為混合電池，因為陽極與鋰離子電池中使用的相同，而陰極與超級電容器中使用的相同。活性炭通常用作陰極。LIC的陽極由通常預摻雜有鋰離子的碳材料組成。與其他超級電容器相比，這種預摻雜工藝降低了陽極的電位并允許相對較高的輸出電壓。

1981年，京都大學的Yamabe博士與KaneboCo.的Yata博士合作，通過在400-700°C下熱解酚醛樹脂，創造了一種稱為PAS（多烯類半導體）的材料。這種無定形碳質材料在高能量密度可充電設備中作為電極表現良好。KaneboCo.于1980年代初申請了專利，并開始努力將PAS電容器和鋰離子電容器(LIC)商業化。PAS電容器于1986年首次使用，LIC電容器于1991年首次使用。直到2001年，一個研究小組才將混合離子電容器的想法付諸實踐。為提高電極和電解質的性能和循環壽命進行了大量研究，但直到2010年Naoi等人才提出。通過開發LTO（鋰鈦氧化物）與碳納米纖維的納米結構復合材料取得了真正的突破。如今，另一個令人感興趣的領域是鈉離子電容器(NIC)，因為鈉比鋰便宜得多。盡管如此，LIC仍然優于NIC，因此目前在經濟上不可行。

鋰離子電容器是一種混合電化學儲能裝置，它結合了鋰離子電池陽極的嵌入機制和雙電層電容器（EDLC）陰極的雙層機制。負極電池型LTO電極和正極電容器型活性炭(AC)的組合導致能量密度約為。20Wh/kg，約為標準雙電層電容器(EDLC)的4-5倍。然而，功率密度已被證明與EDLC相匹配，因為它能夠在幾秒鐘內完全放電。在經常使用活性炭的負極（陽極）上，電荷存儲在電極和電解質之間的界面處形成的雙電層中。與EDLC一樣，LIC電壓呈線性變化，這增加了將它們集成到系統中的復雜性，這些系統具有期望電池電壓更穩定的電力電子設備。因此，LICs具有很高的能量密度，它隨電壓的平方而變化。陽極的電容比陰極大幾個數量級。因此，充放電過程中陽極電位的變化遠小于陰極電位的變化。

LIC的負極或負極為電池型或高能量密度電極。通過鋰離子的可逆嵌入，陽極可以充電以包含大量能量。這個過程是電化學反應。這就是陽極的降解比陰極的問題更嚴重的原因，因為陰極涉及靜電過程而不是電化學過程。有兩組陽極。xxx組是電化學活性物質和碳質材料的混合物。第二組是納米結構的陽極材料。LIC的負極基本上是一種動力學緩慢的嵌入型電池材料。然而，為了在LICs中使用陽極，需要通過設計混合陽極材料將其特性略微傾斜于電容器的特性。可以使用電容器和電池類型的存儲機制來制備混合材料。目前，xxx的電化學物質是鋰鈦氧化物(LTO)，2Li4Ti5O12，因為它具有非凡的特性，如高庫侖效率、穩定的工作電壓平臺和在鋰嵌入/脫出過程中體積變化微不足道。裸露的LTO具有較差的導電性和鋰離子擴散性，因此需要混合。LTO的優點與碳質材料（如碳涂層）的高導電性和離子擴散性相結合，導致了經濟上可行的LIC。相對于Li/Li+，LTO的電極電位在-1.5V左右相當穩定。由于使用了碳質材料，石墨電極電位（相對于SHE（標準氫電極）最初為-0.1V）通過嵌入鋰離子進一步降低至-2.8V。該步驟稱為摻雜，通常發生在陽極和犧牲鋰電極之間的器件中。摻雜陽極會降低陽極電位并導致電容器的輸出電壓更高。通常，LIC的輸出電壓在3.8–4.0V范圍內，但僅限于1.8–2.2V的最小允許電壓。納米結構材料是具有高比表面積的金屬氧化物。它們的主要優點是它是一種通過減少電解物質的擴散路徑來提高陽極倍率能力的方法。已經開發了不同形式的納米結構，包括納米管（單壁和多壁）、納米顆粒、納米線和納米珠，以提高功率密度。正在研究負極材料的其他候選材料作為石墨碳的替代品，例如硬碳、軟碳和石墨烯基碳。與石墨碳相比，預期的好處是增加摻雜的電極電位，從而提高功率能力并降低陽極上金屬（鋰）鍍層的風險。

LIC的陰極使用雙電層來儲存能量。為了最大化陰極的有效性，它應該具有高比表面積和良好的導電性。最初活性炭用于制造陰極，但為了提高性能，LIC使用了不同的陰極。這些可以分為四組：雜原子摻雜碳、石墨烯基、多孔碳和雙功能陰極。雜原子摻雜的碳迄今僅摻雜有氮。用氮摻雜活性炭可以提高陰極的電容和電導率。石墨烯基陰極已被使用，因為石墨烯具有優異的導電性，其薄層具有高比表面積，并且可以廉價生產。與其他正極材料相比，它已被證明是有效且穩定的。多孔碳陰極的制造方法與活性碳陰極相似。通過使用不同的方法來生產碳，它可以制成具有更高的孔隙率。這很有用，因為要使雙層效應起作用，離子必須在雙層和分離器之間移動。具有分層的孔結構使這更快更容易。雙功能正極使用用于其EDLC特性的材料和用于其良好的Li+嵌入特性的材料的組合，以增加LIC的能量密度。類似的想法被應用于陽極材料，它們的特性略微傾向于電容器的特性

LIC的陽極通常是預鋰化的，以防止陽極在充電和放電循環期間經歷大的電位降。當LIC接近其xxx或最小電壓時，電解質和電極開始退化。這將不可逆地損壞設備，降解產物將催化進一步降解。預鋰化的另一個原因是高容量電極在初始充電和放電循環后會不可逆地失去容量。這主要歸因于固體電解質界面（SEI）膜的形成。通過電極的預鋰化，可以主要補償鋰離子在SEI形成中的損失。通常，LIC的陽極是預鋰化的，因為陰極不含鋰，不會參與鋰嵌入/脫鋰過程。

幾乎所有能量存儲設備的第三部分都是電解質。電解質必須能夠將電子從一個電極傳輸到另一個電極，但不能限制其反應速率中的電化學物質。對于LIC，電解質理想地具有高離子電導率，這樣鋰離子可以很容易地到達陽極。通常，人們會使用水性電解質來實現這一點，但水會與鋰離子發生反應，因此經常使用非水性電解質。LIC中使用的電解質是鋰離子鹽溶液，可與其他有機成分結合，通常與鋰離子電池中使用的電解質相同。通常，使用的有機電解質的電導率（10至60mS/cm）低于水性電解質（100至1000mS/cm），但更穩定。通常添加直鏈（碳酸亞乙酯）和環狀（碳酸二甲酯）碳酸酯以增加電導率，這些甚至增強SEI地層穩定性。后者意味著在初始循環后形成大量SEI的可能性較小。另一類電解質是無機玻璃和陶瓷電解質。這些并不經常被提及，但與主要來自其多孔結構的有機電解質相比，它們確實有它們的應用并且有其自身的優點和缺點。隔板防止陽極和陰極之間的直接電接觸。它必須是化學惰性的，以防止它與電解質發生反應，從而降低LIC的性能。但是，隔板應該讓離子通過，但不允許形成的電子通過，因為這會造成短路。

LIC的典型屬性是

• 與電容器相比，由于陽極大，電容較高，但與鋰離子電池相比容量較低
• 與電容器相比能量密度高（據報道為14Wh/kg），但與鋰離子電池相比能量密度低
• 高功率密度
• 高可靠性
• 工作溫度范圍為-20°C至70°C
• 低自放電（三個月內25°C時電壓降<5%）

電池、EDLC和LIC各有優缺點，因此可用于不同類別的應用。儲能設備的特征在于三個主要標準：功率密度（W/kg）、能量密度（Wh/kg）和循環壽命（充電循環次數）。

LIC的功率密度比電池高，并且比鋰離子電池更安全，鋰離子電池可能會發生熱失控反應。與雙電層電容器(EDLC)相比，LIC具有更高的輸出電壓。盡管它們具有相似的功率密度，但LIC的能量密度比其他超級電容器高得多。圖1中的Ragone圖顯示LIC結合了LIB的高能量和EDLC的高功率密度。LICs的循環壽命性能比電池好得多，但不接近EDLCs。一些LIC具有更長的循環壽命，但這通常是以較低的能量密度為代價的。總之，LIC可能永遠無法達到鋰離子電池的能量密度，也永遠無法達到超級電容器的聯合循環壽命和功率密度。因此，它應該被視為具有自己用途和應用的獨立技術。

鋰離子電容器非常適合需要高能量密度、高功率密度和出色耐用性的應用。由于它們結合了高能量密度和高功率密度，因此在各種應用中不需要額外的蓄電裝置，從而降低了成本。鋰離子電容器的潛在應用包括風力發電系統、不間斷電源系統(UPS)、電壓暫降補償、光伏發電、工業機械、電動和混合動力汽車以及交通運輸中的能量回收系統等領域系統。HIC（混合離子電容器）設備的一個重要潛在最終用途是再生制動。從火車、重型汽車和最終的輕型車輛收集再生制動能量代表了一個巨大的潛在市場，由于現有二次電池和超級電容器（電化學電容器和超級電容器）技術的限制，該市場仍未得到充分利用。