元器件科普之鋰離子電容器

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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極上預先摻雜鋰離子的技術，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的電容器，它在利用一般雙電層電容器原理的同時，負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極結合在一起的構造，正極采用雙電層，通過物理作用充放電，而負極通過鋰的氧化還原反應充放電。與以前的電容器相比，能量密度高，這主要是因為在負極中預先摻雜了鋰離子，負極的靜電容量增大。

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，鋰離子電容器內的構成要素中沒有氧（氧化物），僅有積累的電荷產生的焦耳熱不會引起化學反應，導致熱失控。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，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用

※備注說明：

對于制造裝置、醫(yī)療機器等設備，即使是瞬間電壓降低也能導致致命傷。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行補充，作為服務器（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

可反復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)造出新的應用場景。據(jù)預測，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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