鋰離子電容器的應(yīng)用與市場走勢

　　鋰離子電容器（LIC）可以說是鋰離子充電電池（LIB）和雙電層電容器（EDLC）的混合電容器，正極采用活性炭，負(fù)極采用石墨等材料。它比鋰離子充電電池穩(wěn)定，又超越了雙電層電容器的電氣性能，熱致?lián)舸┘袄匣?，自放電也很少?

　　鋰離子電容器的特點是，有與雙電層電容器EDLC相同的充電速度，而能量密度卻高于 EDLC。通常，EDLC的能量密度只有數(shù)Wh/kg，而新產(chǎn)品鋰離子電容器在蓄電容量相同的情況下，尺寸可減小至幾分之一。充電和放電的周期特性更佳，反復(fù)充電放電數(shù)萬次，容量只減少百分之幾。即使暫時短路也不會著火或爆炸，安全性很高。可以說，鋰離子電容器的性能全面超過了雙電層電容器。

　　鋰離子電容器逐步走向?qū)嵱没?

　　電容器在短短數(shù)十年間,需求量激增了至少500倍以上，對于由雙電層電容器改良后的鋰離子電容器，由于能量密度高，安全性優(yōu)，小型而美觀，因而被認(rèn)為是新一代綠色電子蓄電組件。

　　在綠色能源急需升級換代的新經(jīng)濟時代，人們有幸找到了這種可以取代雙電層電容器的大容量鋰離子電容器，并對其性能和應(yīng)用前景充滿信心。

　　1、風(fēng)力發(fā)電

　　電容器模塊被設(shè)置于風(fēng)車和逆變器之間，當(dāng)風(fēng)力逐漸變大時，它能吸收發(fā)電量，起到緩沖存儲器的作用；當(dāng)發(fā)電突然停止時，則可以利用電容器中儲存的電力，平穩(wěn)地向逆變器供電。即，微風(fēng)時設(shè)備的發(fā)電量較小，可利用電容器供電；相反，強風(fēng)時設(shè)備的發(fā)電量會超過逆變器的規(guī)定容量1KW，這時可利用電容器蓄電，不致造成浪費。

　　2、路燈電池

　　L-Kougen公司開發(fā)出結(jié)合了LED照明燈、太陽電池板和鋰離子電容器的路燈，用約0.6W的平均功率驅(qū)動兩個1W的LED燈。在周圍沒有其它照明設(shè)備的黑暗場所，1個充滿電的單元可維持一整夜的照明。如果采用鎳氫電池，就需要設(shè)計很復(fù)雜的控制模塊。

　　3、發(fā)電和工業(yè)設(shè)備

　　鋰離子電容器廠商計劃在不間斷電源系統(tǒng)UPS、建設(shè)工程電梯等應(yīng)用中將鋰離子電容器用作峰值電流輔助設(shè)備和再生電源的蓄電器。使用電容器輔助峰值電流，可以通過主電源的小容量化實現(xiàn)整體系統(tǒng)的小型化，從而使鋰離子電容器在工程機械和工業(yè)機器人中用作輔助電源。另外，鋰離子電容器還可考慮用作汽車及電子控制設(shè)備的備用電源。

　　新產(chǎn)品不斷推出

　　隨著鋰離子電容器制造技術(shù)的不斷改進，具有新功能和新特性的鋰離子電容器不斷涌現(xiàn)。

　　1、快速充電鋰離子電容器

　　日本太陽誘電公司開發(fā)的新型鋰離子電容器，只需30秒鐘就能完成充電。鋰離子電容器電量雖然比不上充電電池，但它能充滿電的優(yōu)點在很多領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。目前，鋰離子電容器主要用作各種小型玩具和計測儀器的電源，也可以作為蓄電源與太陽能電池或發(fā)電機配合使用。

　　2、耐高溫鋰離子電容器

　　日本FDK公司的鋰離子電容器EneCapTen，是事先摻雜了鋰離子的鋰離子電容器，采用了層疊型單元構(gòu)造。與圓筒型鋰離子電容器不同，這種鋰離子電容器正極采用了活性炭，負(fù)極采用了碳。最大電壓為3.8V，靜電容量為2000F，單位重量的能量密度為14Wh/kg左右，其特點是高溫負(fù)荷特性出色、自放電少。

　　3、復(fù)合鋰離子電容器

　　日本東京農(nóng)工大學(xué)研究生院采用單層碳納米管與鈦酸鋰（Li4Ti5O12，LTO）復(fù)合材料作為負(fù)極，開發(fā)出了容量特性及高倍率下放電特性更高的鋰離子電容器。電極面積上的單位體積能量密度為45Wh/L，輸出功率密度為17000W/L，與以往采用活性炭的雙電層電容器相比，分別可提高到約4.5倍和約3.8倍。

　　4、 新型混合型水系鋰離子電容器

　　復(fù)旦大學(xué)發(fā)明了一種新型的水系“搖椅式”混合電容器 LiMn2O4/AC 體系。負(fù)極采用活性炭、正極采用尖晶石型錳酸鋰（現(xiàn)在動力鋰離子電池用正極材料）和LiMn2O4水溶液電解質(zhì)。電容器 AC/LiMn2O4最大耐壓為1.8 V，平均工作電壓為 1.3 V。具有高比能量、大功率、長壽命、低成本和高安全性的特點。從性能、成本和環(huán)境影響的綜合性來分析，新型混合形水系鋰離子電容器的綜合性能超過現(xiàn)有任何一種電容器，包括AC/NiOH2體系。

　　5、小型化鋰離子電容器

　　在電容器和鋰離子充電電池市場上占優(yōu)勢的日本企業(yè)，在鋰離子電容器的開發(fā)方面也領(lǐng)先業(yè)界。日本ACT公司推出能量密度高于40Wh/L的Premlis產(chǎn)品，已用作不間斷電源系統(tǒng)和發(fā)電設(shè)備中的輔助蓄電裝置。日本NEC東金公司發(fā)布了靜電容量達1000F的試制品。日本FDK公司則致力于開發(fā)可消除單元偏差的模塊控制電路，以延長使用壽命。日立化成公司開發(fā)出靜電容量達900F、直徑為40mm的大型圓筒型單元，適合汽車及工業(yè)應(yīng)用。昭榮電子公司則在開發(fā)面向小型設(shè)備及家電應(yīng)用的小型圓筒型產(chǎn)品。

　　市場前景

　　雖然鋰離子電容器憑借其小型化優(yōu)勢而在附加值上有一定吸引力，但是略顯過高的價格卻是阻礙其應(yīng)用普及的主要障礙，在整體市場容量有限時，有必要降低價格。另一方面，其競爭產(chǎn)品——雙電層電容器的價格正在不斷下降。要想達到與雙電層電容器相當(dāng)?shù)膬r格水平，還需要一段時間。不過，各廠商均認(rèn)為，只要正式進入量產(chǎn)，其價格即可與雙電層電容器持平。

　　在量產(chǎn)中，為了確保電池品質(zhì)的穩(wěn)定，材料十分重要。在這一方面，雙電層電容器廠商也已進行了頗為艱苦的工作，鋰離子電容器也非一朝一夕就能趕上?？磥恚瑑烧咧g暫時還會存在差距。

　　國內(nèi)外權(quán)威部門預(yù)計，LiC市場化的出現(xiàn)可能在2012～2013年。

　　LiC市場方面，日本國內(nèi)有8家廠商計劃參與，預(yù)計今后量產(chǎn)體制將進一步完善。LiC廠商瞄準(zhǔn)的是面向汽車減速熄火（Idling Stop）的需求。歐洲汽車廠商也在積極采取措施，預(yù)計需求可在2012～2013年度明顯表現(xiàn)出來。不過，矢野經(jīng)濟分析認(rèn)為，無論是LiC還是原來的雙電層電容器，其用途特性及定價今后都將接受考驗。另一方面，汽車廠商在再生能源存儲和瞬間性電力供應(yīng)用途方面，一直對大容量電容器寄予厚望。

　　此外，專家還預(yù)測，大容量電容器將大量用作汽車中伴隨電子化而產(chǎn)生的輔助及備用電源，以及太陽能發(fā)電等自然能源發(fā)電中的發(fā)電量均衡化設(shè)備。瞬間電壓下降補償裝置、UPS以及鐵路再生能源的儲存等用途也值得期待，也可用作各種應(yīng)急電源以及小型便攜設(shè)備用電源。

　　由于LIC的再利用特性良好，因此減少了更換和維修的麻煩，有望應(yīng)用于室外用再生性能源蓄電系統(tǒng)。目前LED照明設(shè)備廠商正在開發(fā)由1單元 Premlis、太陽能電池面板和LED組成的照明燈具，并且在日本宮崎縣安裝了試制品。日本九州地區(qū)的部分地方也在探討采用這種照明燈具的可行性。這種照明設(shè)備2008年在試制生產(chǎn)線上生產(chǎn)，2009年度構(gòu)筑了量產(chǎn)體制，通過建立每月2萬個產(chǎn)品的供應(yīng)體制，于2010年正式量產(chǎn)。

　　發(fā)展趨勢

　　鋰離子電容器作為本世紀(jì)初問世的一種新型高端電源元件，雖然推出時間不長，但發(fā)展勢頭迅猛，應(yīng)用領(lǐng)域正在拓展，市場需求不斷增長。其發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　1、鋰離子電容器是雙電層電容器的衍生品，性能更加優(yōu)越，未來時期內(nèi)將直接形成對超級電容器的競爭與替代，前景無限光明。

　　2、鋰離子電容器的研發(fā)主要集中在日本，并形成了幾家有實力進行產(chǎn)業(yè)化的廠商，應(yīng)用市場將首先在國外啟動。

　　3、中國的鋰離子電容器整體研發(fā)比較滯后，參與研發(fā)單位少，成果用于產(chǎn)業(yè)化的路途遙遠。而正是由于研發(fā)單位少，關(guān)注度低，搶先起步者才更有機會。如果國內(nèi)企業(yè)能將現(xiàn)有國內(nèi)外成熟技術(shù)成果引進并進行產(chǎn)業(yè)化，將取得先發(fā)優(yōu)勢。

　　4、雙電層電容器目前在國內(nèi)是作為新型儲能裝置出現(xiàn)的，鋰離子電容器要想在短期內(nèi)將其替換不太現(xiàn)實。

　　5、鋰離子電容器應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，特別是在新興能源領(lǐng)域，如風(fēng)力發(fā)電、太陽能路燈、電動汽車等方面，由于鋰離子電容器本身的環(huán)保特征，與這些產(chǎn)業(yè)的配套結(jié)合，將形成我國綠色能源的有效整體。

　　6、根據(jù)超級電容器的發(fā)展進程，預(yù)計鋰離子電容器在國際市場的產(chǎn)業(yè)化啟動在2011年，國內(nèi)市場啟動要滯后3-5年。

來源；中國機電網(wǎng)

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