元器件科普之锂离子电容器

Ameya360

1 、简述

锂离子电容器是一种混合电容器，同时具有两个长处，那就是：可以反复充放电的双电层电容器的“长寿命”和锂离子二次电池的“高容量密度”。这种离子电容器采用在负极上预先掺杂锂离子的技术，可在3.8V的低电压下使用。另外，它不含会污染环境的重金属，是一种环保电容器。

2 、原理及构造

如下图（1）所示，锂离子电容器是一种同时拥有双电层电容器和锂离子二次电池性质的电容器，它在利用一般双电层电容器原理的同时，负极材料使用可吸藏锂离子的碳系材料，在其中添加锂离子，提高了能量密度。它是一种正极和负极原理不同的非对称电容器，采用将双电层电容器的正极和锂离子二次电池的负极结合在一起的构造，正极采用双电层，通过物理作用充放电，而负极通过锂的氧化还原反应充放电。与以前的电容器相比，能量密度高，这主要是因为在负极中预先掺杂了锂离子，负极的静电容量增大。

3、特性

具有极高的高温可靠性和安全性，这是锂离子电容器的突出特点。

■在85℃环境下也可使用的高温可靠性

●与双电层电容器比较，高温负荷特性优异。可参考如下的特性图：

■自己不易起火的材料构成的高安全性

●与锂离子二次电池比较，不容易引起热失控，确保了安全性。

■自身放电少

●自身放电少，作为机器待机电源使用也可发挥作用。可参考如下的特性图：

此外，锂离子电容器内的构成要素中没有氧（氧化物），仅有积累的电荷产生的焦耳热不会引起化学反应，导致热失控。因此，在释放电荷时，没有损失能量、失火等危险。见下图（图2）的针刺试验结果：

4 、差异性

锂离子电容器是一种混合电容器，是一种将双电层电容器的长寿命性、锂离子二次电池的高容量密度这两种优势合二为一的电容器。如下（图3）是它们之间的PK图：  

5 、应用举例

5-1、低功耗系统中，将以前的二次电池更换为锂离子电容器。

※备注说明：

锂离子电容器的容量大、自身放电电流少，与太阳能电池板组合在一起，可以发挥这种特性，将以前的二次电池更换为锂离子电容器。10年不用维护，同时可以降低更换成本。而二次电池几年就需要更换一次电池。

5-2、在机器瞬停、备用电源用途方面的应用

※备注说明：

对于制造装置、医疗机器等设备，即使是瞬间电压降低也能导致致命伤。利用锂离子电容器的高温可靠性极高，可在有热源的狭小空间发挥的这种特性，可将锂离子电容器作为的分散、选择性备用电源、辅助电源（比如对太阳能电池板的不均匀电压进行补充，作为服务器（CPU、DRAM、RAID控制器、SSD等元件、机器瞬停时的备用电源等等）。此外，从蓄电方面看，可用作汽车、搬运车、电梯的回生能量，还可用于太阳能发电的蓄电机。

6 、总结

可反复充放电的双电层电容器的“长寿命”和锂离子二次电池的“高容量密度”、仅用少量能量（低电压）就能蓄电、可高温下工作、安全性极高的这种创新型的电容器将有助于在能源节约化和环保化的今天，创造出新的应用场景。据预测，未来不久的锂离子电容器市场将会有数十亿人民币规模的增长！

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