鋰離子電容器的應用與市場走勢

　　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伲苑烹娨埠苌佟?

　　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Wh/kg，而新產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，反復充電放電數萬次，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?？梢哉f，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實用化

　　電容器在短短數十年間,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，并對其性能和應用前景充滿信心。

　　1、風力發(fā)電

　　電容器模塊被設置于風車和逆變器之間，當風力逐漸變大時，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，微風時設備的發(fā)電量較小，可利用電容器供電；相反，強風時設備的發(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的平均功率驅動兩個1W的LED燈。在周圍沒有其它照明設備的黑暗場所，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，就需要設計很復雜的控制模塊。

　　3、發(fā)電和工業(yè)設備

　　鋰離子電容器廠商計劃在不間斷電源系統(tǒng)UPS、建設工程電梯等應用中將鋰離子電容器用作峰值電流輔助設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備的備用電源。

　　新產品不斷推出

　　隨著鋰離子電容器制造技術的不斷改進，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)點在很多領域具有較大的應用潛力。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，其特點是高溫負荷特性出色、自放電少。

　　3、復合鋰離子電容器

　　日本東京農工大學研究生院采用單層碳納米管與鈦酸鋰（Li4Ti5O12，LTO）復合材料作為負極，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

　　復旦大學發(fā)明了一種新型的水系“搖椅式”混合電容器 LiMn2O4/AC 體系。負極采用活性炭、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。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)方面也領先業(yè)界。日本ACT公司推出能量密度高于40Wh/L的Premlis產品，已用作不間斷電源系統(tǒng)和發(fā)電設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)應用。昭榮電子公司則在開發(fā)面向小型設備及家電應用的小型圓筒型產品。

　　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的價格水平，還需要一段時間。不過，各廠商均認為，只要正式進入量產，其價格即可與雙電層電容器持平。

　　在量產中，為了確保電池品質的穩(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?，兩者之間暫時還會存在差距。

　　國內外權威部門預計，LiC市場化的出現(xiàn)可能在2012～2013年。

　　LiC市場方面，日本國內有8家廠商計劃參與，預計今后量產體制將進一步完善。LiC廠商瞄準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，預計需求可在2012～2013年度明顯表現(xiàn)出來。不過，矢野經濟分析認為，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用途方面，一直對大容量電容器寄予厚望。

　　此外，專家還預測，大容量電容器將大量用作汽車中伴隨電子化而產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，也可用作各種應急電源以及小型便攜設備用電源。

　　由于LIC的再利用特性良好，因此減少了更換和維修的麻煩，有望應用于室外用再生性能源蓄電系統(tǒng)。目前LED照明設備廠商正在開發(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。這種照明設備2008年在試制生產線上生產，2009年度構筑了量產體制，通過建立每月2萬個產品的供應體制，于2010年正式量產。

　　發(fā)展趨勢

　　鋰離子電容器作為本世紀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，應用領域正在拓展，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業(yè)化的廠商，應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，成果用于產業(yè)化的路途遙遠。而正是由于研發(fā)單位少，關注度低，搶先起步者才更有機會。如果國內企業(yè)能將現(xiàn)有國內外成熟技術成果引進并進行產業(yè)化，將取得先發(fā)優(yōu)勢。

　　4、雙電層電容器目前在國內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將其替換不太現(xiàn)實。

　　5、鋰離子電容器應用領域廣泛，特別是在新興能源領域，如風力發(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，與這些產業(yè)的配套結合，將形成我國綠色能源的有效整體。

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

來源；中國機電網

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