元器件科普之鋰離子電容器

Ameya360

1 、簡述

鋰離子電容器是一種混合電容器，同時具有兩個長處，那就是：可以反復(fù)充放電的雙電層電容器的“長壽命”和鋰離子二次電池的“高容量密度”。這種離子電容器采用在負(fù)極上預(yù)先摻雜鋰離子的技術(shù)，可在3.8V的低電壓下使用。另外，它不含會污染環(huán)境的重金屬，是一種環(huán)保電容器。

2 、原理及構(gòu)造

如下圖（1）所示，鋰離子電容器是一種同時擁有雙電層電容器和鋰離子二次電池性質(zhì)的電容器，它在利用一般雙電層電容器原理的同時，負(fù)極材料使用可吸藏鋰離子的碳系材料，在其中添加鋰離子，提高了能量密度。它是一種正極和負(fù)極原理不同的非對稱電容器，采用將雙電層電容器的正極和鋰離子二次電池的負(fù)極結(jié)合在一起的構(gòu)造，正極采用雙電層，通過物理作用充放電，而負(fù)極通過鋰的氧化還原反應(yīng)充放電。與以前的電容器相比，能量密度高，這主要是因為在負(fù)極中預(yù)先摻雜了鋰離子，負(fù)極的靜電容量增大。

3、特性

具有極高的高溫可靠性和安全性，這是鋰離子電容器的突出特點。

■在85℃環(huán)境下也可使用的高溫可靠性

●與雙電層電容器比較，高溫負(fù)荷特性優(yōu)異。可參考如下的特性圖：

■自己不易起火的材料構(gòu)成的高安全性

●與鋰離子二次電池比較，不容易引起熱失控，確保了安全性。

■自身放電少

●自身放電少，作為機器待機電源使用也可發(fā)揮作用。可參考如下的特性圖：

此外，鋰離子電容器內(nèi)的構(gòu)成要素中沒有氧（氧化物），僅有積累的電荷產(chǎn)生的焦耳熱不會引起化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致熱失控。因此，在釋放電荷時，沒有損失能量、失火等危險。見下圖（圖2）的針刺試驗結(jié)果：

4 、差異性

鋰離子電容器是一種混合電容器，是一種將雙電層電容器的長壽命性、鋰離子二次電池的高容量密度這兩種優(yōu)勢合二為一的電容器。如下（圖3）是它們之間的PK圖：  

5 、應(yīng)用舉例

5-1、低功耗系統(tǒng)中，將以前的二次電池更換為鋰離子電容器。

※備注說明：

鋰離子電容器的容量大、自身放電電流少，與太陽能電池板組合在一起，可以發(fā)揮這種特性，將以前的二次電池更換為鋰離子電容器。10年不用維護(hù)，同時可以降低更換成本。而二次電池幾年就需要更換一次電池。

5-2、在機器瞬停、備用電源用途方面的應(yīng)用

※備注說明：

對于制造裝置、醫(yī)療機器等設(shè)備，即使是瞬間電壓降低也能導(dǎo)致致命傷。利用鋰離子電容器的高溫可靠性極高，可在有熱源的狹小空間發(fā)揮的這種特性，可將鋰離子電容器作為的分散、選擇性備用電源、輔助電源（比如對太陽能電池板的不均勻電壓進(jìn)行補充，作為服務(wù)器（CPU、DRAM、RAID控制器、SSD等元件、機器瞬停時的備用電源等等）。此外，從蓄電方面看，可用作汽車、搬運車、電梯的回生能量，還可用于太陽能發(fā)電的蓄電機。

6 、總結(jié)

可反復(fù)充放電的雙電層電容器的“長壽命”和鋰離子二次電池的“高容量密度”、僅用少量能量（低電壓）就能蓄電、可高溫下工作、安全性極高的這種創(chuàng)新型的電容器將有助于在能源節(jié)約化和環(huán)保化的今天，創(chuàng)造出新的應(yīng)用場景。據(jù)預(yù)測，未來不久的鋰離子電容器市場將會有數(shù)十億人民幣規(guī)模的增長！

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