锂离子电容器的概况

能量密度超过铅蓄电池的锂离子电容器
锂离子电容器具有锂离子充电电池负极和双电层电容器正极相结合的构造，具备超越双电层电容器的电气性能。

目前，锂离子电容器已开始实际应用。

福岛县海岸的海洋天然气田钻井平台旧址所引进的风力发电设备中设有21台小型风力发电装置和使用锂离子电容器的电容器模块。

该钻井平台已结束作业，今后将开始把CO2储存在海中的实验。

为了确保维持设备所需电力，设置了Zephyr的小型风力发电装置“Air-dolphin”和电容器模块。

设置在风车和变频器之间的电容器模块吸收随风大幅变动的发电量，也即发挥类似缓冲器的作用（图1）。

即使风停止，发电突然停止，通过使用储存在电容器模块中的电力，也能够稳定输入变频器的电压。

另外，通常情况下，低于变频器损耗的微风时的微小发电量无法蓄电，但通过暂时存储在电容器中，便能够实现蓄电。

相反，遇到强风产生超过变频器额定容量（1kW）的发电量时，通过在电容器中蓄电，便不会出现电力浪费的现象。

图1锂离子电容器在风力发电设备中的作用在每个发电机中设置锂离子电容
器模块，发电机发的电经电容器输入变频器（a）。

利用电容器稳定输入变频器
的直流电压，即使风车停止，通过放出电容器存储的电力，来防止向变频器输
入输出的急剧变动（b）。

（图：本杂志根据Zephyr的资料制成）（点击放大）
用作路灯的电池
L-Kougen开发出由LED照明、太阳能电池面板及锂离子电容器组成的路灯，试制产品已被宫崎县用于试验（图2）。

该公司指出，锂离子电容器“长期不需要维护、重量轻、能够用于照明用途”。

图2使用锂离子电容器和LED照明的路灯由太阳能电池面板、LED照明及锂
离子电容器组成的试制产品（a）。

已在宫崎县投入使用。

利用白天存储在锂离
子电容器中的电点亮LED（b）。

通过使用电容器，能够高效存储来自太阳电池
面板的变动大的电力。

（点击放大）
试制产品以平均0.6W左右的功率驱动2个1W的LED照明。

在周围没有其他照明的黑暗场所，如果充满电，一个电池单元就足够照明一晩。

以前也曾考虑过采用镍氢电池，但要应对发电量变动，控制模块等将变得复杂。

因此，采用了易于应对发电量变动且能量密度高的锂离子电容器。

电池单元采用的是Advanced Capacitor Technologies（ACT）开发的“Premlis”、静电容量为5000F的单元。

L-Kougen根据该试制产品，于2009年3月投产了路灯“Smallcapa”。

这种路灯具有16.6Wh的蓄电能力，配备有一个耗电量2W的高功率型LED。

性能高于双电层电容器
直率地说，锂离子电容器的性能已全面超越双电层电容器。

尤其在能量密度方面，差异更大。

样品的单位体积的能量密度约为10～30Wh/L，其中有些产品，比如ACT的单元已超过40Wh/L。

双电层电容器的能量密度通常在10Wh/L以下，锂离子电容器是其3～5倍（表1、图3）。

虽然赶不上锂离子充电电池，但与铅蓄电池相当或者更高。

能量密度高意味着可以增大电容器模块容量或者在相同能量下减小模块尺寸。

表1 锂离子电容器与双电层电容器和锂离子充电电池的比较（点击放大）表示输出电流大小的功率密度方面，锂离子电容器丝毫不逊色于双电层电容器，在寿命及维护方面也不落后于双电层电容器。

多家锂离子电容器厂商的试验结果表明，即使反复充电数万次，锂离子电容器的容量也能够保持在初期的90％以上，自放电也很小。

昭荣电子对圆筒型锂离子电容器单元自放电特性的评测结果为：2500小时过后，电压仍维持在95％以上（图3（b）。

锂离子电容器的温度特性也很好，尤其耐高温。

“在60℃下，特性不劣化。

如果容量宽裕，在70～80℃下也能使用”（昭荣电子）。

图3锂离子电容器的性能评估实例旭化成对能量密度和功率密度的评估。

目
前，能量密度是双电层电容器的3～5倍。

昭荣电子的报告显示，2500小时过
后，电压仍维持在95％以上，自放电特性也比现有双电层电容器高（b）。

不会出现热致击穿现象
锂离子电容器的另一个特点是比较安全。

锂离子电容器结构和用途与锂离子充电电池具有相似的部分，因此“经常被问及是否存在着火及破裂的危险”（锂离子电容器开发负责人）。

不过，这一点无需担心。

锂离子电容器本来就与采用LiCoO2等的锂离子充电电池不同，正极没有氧化物，因此原理上不会出现热致击穿。

即使短路，温度升高，单元个体最多达到一百多度的温度，不至于导致电解液着火及单元破裂。

因此，不用像锂离子充电电池那样担心安全问题。

正在从事开发的各厂商根据锂离子充电电池的安全标准“JIS C 8712”，进行了针钉穿刺、强制短路、过放电/过充电等试验，虽然针钉穿刺导致电解液气化及单元膨胀，ACT对安全性能非常自信，指出“不管做什么动作，都不会出安全问题”。

比如，FDK实施的模块针钉穿刺试验中，内部温度达到近300℃，电解液气化喷出，但壳体温度却只有几十℃左右。

模块中还设置了针对过充电及短路等的保护电路，所以危险性极低。

在发电及产业机械领域取代双电层电容器
仅看性能，锂离子电容器具有取代现有双电层电容器市场的实力。

正在开发锂离子电容器的各公司认为，在不停电电源装置（UPS）、建设机械·电梯等峰值电流辅助及再生能源蓄电等双电层电容器已开始普及的用途上完全能够获胜。

如果用电容器辅助峰值电流，便能够减小主电源的容量，减小整个系统的尺寸，还有望用作机床、工业机器人等的辅助电源。

未来的潜力市场将是汽车领域。

锂离子电容器可以应用于电子控制设备的后备电源、怠速停止的启动辅助，能源再生等用途。

不过，要想配备于汽车，需要有应用业绩和进一步的安全验证，实用化还有很长的路要走。

凭借特色取胜的厂商
在电容器及锂离子充电电池市场上占有优势的日本企业在锂离子电容器开发方面也走在了世界的前列。

JM Energy建成了业内首个专用工厂，已于2008年12月开始以30万单元/月的规模进行商业生产。

此外，至少有6家日本企业在开发产品。

在设想将锂离子应用于太阳能·风力发电的蓄电、产业机械和汽车的辅助电源、能源再生等用途这一点上，各公司的想法没有多大差异。

不过，各公司均通过突出电气性能高、易用性好、坚固性等各自的特点，强调特色，力争获
得新市场。