《超級(jí)電容器》課件

1、超級(jí)電容器PPT課件超級(jí)電容器PPT課件超級(jí)電容器的主要特性 額定容量：?jiǎn)挝唬悍ɡ‵），測(cè)試條件：規(guī)定的恒定電流充電到額定電壓后保持2-3分鐘，在規(guī)定的恒定電流放電條件下放電到端電壓為零所需的時(shí)間與電流的乘積再除以額定電壓值，即：由于等效串聯(lián)電阻（ESR）比普通電容器大，因而充放電時(shí)ESR產(chǎn)生的電壓降不可忽略。 超級(jí)電容器的主要特性 額定容量：額定電壓：可以使用的最高安全端電壓（如2.3V、2.5V、2.7V以及不久將來的3V），除此之外還有承受浪涌電壓電壓（可以短時(shí)承受的端電壓，通常為額定電壓的105%），實(shí)際上超級(jí)電容器的擊穿電壓遠(yuǎn)高于額定電壓（約為額定電壓的1.5-3倍左右，與普通電容

2、器的額定電壓/擊穿電壓比值差不多。 額定電流：5秒內(nèi)放電到額定電壓一半的電流，除此之外還有最大電流（脈沖峰值電流）最大存儲(chǔ)能量：在額定電壓是放電到零所釋放的能量，以焦耳（J）或瓦時(shí)（Wh）為單位 能量密度：最大存儲(chǔ)能量除以超級(jí)電容器的重量或體積（Wh/kg或Wh/l） 功率密度：在匹配的負(fù)載下，超級(jí)電容器產(chǎn)生電/熱效應(yīng)各半時(shí)的放電功率，用kW/kg或kW/l表示。額定電壓： 壽命：在25環(huán)境溫度下的壽命通常在90 000小時(shí)，在60的環(huán)境溫度下為4 000小時(shí)，與鋁電解電容器的溫度壽命關(guān)系相似。壽命隨環(huán)境溫度縮短的原因是電解液的蒸發(fā)損失隨溫度上升。壽命終了的標(biāo)準(zhǔn)為：電容量低于額定容量20%，E

3、SR增大到額定值的1.5倍。 循環(huán)壽命：20秒充電到額定電壓，恒壓充電10秒，10秒放電到額定電壓的一半，間歇時(shí)間：10秒為一個(gè)循環(huán)。一般可達(dá)500000次。壽命終了的標(biāo)準(zhǔn)為：電容量低于額定容量20%，ESR增大到額定值的1.5倍。 壽命：等效串聯(lián)電阻：測(cè)試條件：規(guī)定的恒定電流（如1 000F以上的超級(jí)電容器規(guī)定的充電電流為100A，200F以下的為3A）和規(guī)定的頻率（DC和大容量的100Hz或小容量的KHz）下的等效串聯(lián)電阻。通常交流ESR比直流ESR小，隨溫度上升而減小。超級(jí)電容器等效串聯(lián)電阻較大的原因是：為充分增加電極面積，電極為多孔化活性炭，由于多孔化活性炭電阻率明顯大于金屬，從而使超

4、級(jí)電容器的ESR較其它電容器的大。 工作與存儲(chǔ)溫度：通常為-40-60或70，存儲(chǔ)溫度還可以高一些。 漏電流：一般為10A/F返回等效串聯(lián)電阻：返回超級(jí)電容器優(yōu)勢(shì)超級(jí)電容器和鋁電解電容器相比，它內(nèi)阻較大，因而不可以用于交流電路。超級(jí)電容器不同于電池，在某些應(yīng)用領(lǐng)域，它可能優(yōu)于電池。有時(shí)將兩者結(jié)合起來，將電容器的功率特性和電池的高能量存儲(chǔ)結(jié)合起來，不失為一種更好的途徑。超級(jí)電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出。而電池則受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄的電壓范圍，如果過放可能造成永久性破壞。超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)（SOC）與電壓構(gòu)成簡(jiǎn)單的函數(shù)，而電池的荷電狀態(tài)則包括多樣復(fù)雜的換算

5、。超級(jí)電容器與其體積相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)電容器相比可以存儲(chǔ)更多的能量，電池與其體積相當(dāng)?shù)某?jí)電容器相比可以存儲(chǔ)更多的能量。在一些功率決定能量存儲(chǔ)器件尺寸的應(yīng)用中，超級(jí)電容器是一種更好的途徑。超級(jí)電容器可以反復(fù)傳輸能量脈沖而無任何不利影響，相反如果電池反復(fù)傳輸高功率脈沖其壽命大打折扣。超級(jí)電容器可以快速充電而電池快速充電則會(huì)受到損害。超級(jí)電容器可以反復(fù)循環(huán)數(shù)十萬次，而電池壽命僅幾百個(gè)循環(huán)。超級(jí)電容器優(yōu)勢(shì)超級(jí)電容器和鋁電解電容器相比，它內(nèi)阻較大，因而超級(jí)電容器和蓄電池性能比較條件蓄電池超級(jí)電容器電化學(xué)位變化由活性物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)決定隨活性物質(zhì)的變化而變化充放電電極電位變化如果不發(fā)生非熱力學(xué)過程或物相變化電極

6、電位保持不變電極電位隨充電狀態(tài)而發(fā)生變化電量?jī)?chǔ)存方式非電容性電容性恒電位變化時(shí)得不到恒流曲線可得恒流曲線呈線性變化恒流放電時(shí)電位變化基本不變呈線形變化比能量20-200Wh/kg 0.2-20 Wh/kg比功率500 W/kg102 -104 W/kg充放電次數(shù)105返回超級(jí)電容器和蓄電池性能比較條件蓄電池超級(jí)電容器電化學(xué)位變化超級(jí)電容器分類超級(jí)電容器的類型比較多，按不同方式可以分為多種產(chǎn)品，以下作簡(jiǎn)單介紹。按原理分為雙電層型超級(jí)電容器和贗電容型超級(jí)電容器：雙電層型超級(jí)電容器，包括 1.活性碳電極材料，采用了高比表面積的活性炭材料經(jīng)過成型制備電極。 2.碳纖維電極材料，采用活性炭纖維成形材料，

7、如布、氈等經(jīng)過增強(qiáng)，噴涂或熔融金屬增強(qiáng)其導(dǎo)電性制備電極。 3.碳?xì)饽z電極材料，采用前驅(qū)材料制備凝膠，經(jīng)過炭化活化得到電極材料。 4.碳納米管電極材料，碳納米管具有極好的中孔性能和導(dǎo)電性，采 用高比表面積的碳納米管材料，可以制得非常優(yōu)良的超級(jí)電容器電極。超級(jí)電容器分類超級(jí)電容器的類型比較多，按不同方式可以分為多種以上電極材料可以制成： 1.平板型超級(jí)電容器，在扣式體系中多采用平板狀和圓片狀的電極，另外也有Econd公司產(chǎn)品為典型代表的多層疊片串聯(lián)組合而成的高壓超級(jí)電容器，可以達(dá)到300V以上的工作電壓。 2.繞卷型溶劑電容器，采用電極材料涂覆在集流體上，經(jīng)過繞制得到，這類電容器通常具有更大的電

8、容量和更高的功率密度贗電容型超級(jí)電容器： 包括金屬氧化物電極材料與聚合物電極材料，金屬氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5等作為正極材料，活性炭作為負(fù)極材料制備的超級(jí)電容器，導(dǎo)電聚合物材料包括PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等經(jīng)P型或N型或P/N型摻雜制取電極，以此制備超級(jí)電容器。這一類型超級(jí)電容器具有非常高的能量密度，目前除NiOx型外，其它類型多處于研究階段，還沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。以上電極材料可以制成：按電解質(zhì)類型可以分為水性電解質(zhì)和有機(jī)電解質(zhì)類型：水性電解質(zhì)，包括以下幾類 1.酸性電解質(zhì)，多采用36的H2SO4水溶液作為電解質(zhì)。 2.堿性電解質(zhì)，通常采用KOH、NaOH等強(qiáng)堿

9、作為電解質(zhì)，水作為溶劑。 3.中性電解質(zhì)，通常采用KCl、NaCl等鹽作為電解質(zhì)，水作為溶劑，多用于氧化錳電極材料的電解液。有機(jī)電解質(zhì) 通常采用LiClO4為典型代表的鋰鹽、TEABF4作為典型代表的季胺鹽等作為電解質(zhì)，有機(jī)溶劑如PC、ACN、GBL、THL等有機(jī)溶劑作為溶劑，電解質(zhì)在溶劑中接近飽和溶解度另外還可以分為： 1.液體電解質(zhì)超級(jí)電容器，多數(shù)超級(jí)電容器電解質(zhì)均為液態(tài)。 2.固體電解質(zhì)超級(jí)電容器，隨著鋰離子電池固態(tài)電解液的發(fā)展， 應(yīng)用于超級(jí)電容器的電解質(zhì)也對(duì)凝膠電解質(zhì)和PEO等固體電 解質(zhì)進(jìn)行研究返回按電解質(zhì)類型可以分為水性電解質(zhì)和有機(jī)電解質(zhì)類型：返回超級(jí)電容器國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 超級(jí)電容器

10、通常耐壓為2.5-3V，也有耐壓為1.6V的產(chǎn)品。主要有美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)、俄羅斯和中國(guó)等國(guó)家生產(chǎn)。比較知名的公司有：Maxwell、Epcos、Nesscap、ELNA、NEC、松下等。我國(guó)有錦州超容等企業(yè)，從容量上看有機(jī)系的國(guó)外達(dá)到2.7V/5 000F，國(guó)內(nèi)的錦州超容接近這一水平。超級(jí)電容器體積在逐年減小，120F/2.7V已做到直徑20毫米高40毫米，3F/2.7V直徑8毫米高20毫米。ESR在小容量中接近0.3.F，大容量接近0.45.F，0.5.F。能量密度和功率密度分別達(dá)到5.82Wh/kg、7.11Wh/l、5.24Kw/kg、6.4kW/l。循環(huán)壽命和壽命分別達(dá)到500

11、000次和90 000小時(shí)。超級(jí)電容器國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 超級(jí)電容器通常耐壓為2.5-3V，也Maxwell國(guó)外Maxwell國(guó)外超級(jí)電容器PPT課件NESSCAPSizeRated Voltage(V, DC)Rated Capacitance(F) MAX ESR(m)Dimension(mm)Volume(ml) Weight(g) Part NumberACDLWTSmall2.3512310201.62.4ESLSR-0005C0-002R32.37358301.52.2ESLLR-0007C0-002R32.3107010302.43.6ESLSR-0010C0-002R32.32538

12、16255.07.6ESLSR-0025C0-002R32.36023184010.213.5ESLSR-0060C0-002R32.73618201.01.5ESHSR-0003C0-002R72.752910201.62.3ESHSR-0005C0-002R72.76268301.52.3ESHSR-0006C0-002R72.7102610301.53.2ESHSR-0010C0-002R72.7252116251.06.5ESHSR-0025C0-002R72.7501418401.511.3ESHSR-0050C0-002R7NESSCAPSizeRated Voltage(V, D

13、Medium2.312016224517.123ESLSR-0120C0-002R32.7906224517.121.5ESHLR-0090C0-002R72.71009224517.121ESHSR-0100C0-002R72.73603.235626067ESHSR-0360C0-002R7ALargePrismatic 2.76000.64906028151210ESHSP-0600C0-002R72.717000.501656028277385ESHSP-1700C0-002R72.735000.281656052515685ESHSP-3500C0-002R72.750000.251

14、656072713930ESHSP-5000C0-002R7Medium2.312016224517.123ESLLarge Cylindrical Weldable2.76500.5060.251.5164205ESHSR-0650C0-002R7A52.712000.4060.274228280ESHSR-1200C0-002R7A52.716000.3460.285259335ESHSR-1600C0-002R7A52.720000.2860.2102307390ESHSR-2000C0-002R7A52.730000.2260.2138410530ESHSR-3000C0-002R7A

15、5LargeCylindrical Threaded 2.76500.5060.252.5223210ESHSR-0650C0-002R7A5T2.712000.4060.275288285ESHSR-1200C0-002R7A5T2.716000.3460.286319340ESHSR-1600C0-002R7A5T2.720000.2860.2103367395ESHSR-2000C0-002R7A5T2.730000.2260.2139470535ESHSR-3000C0-002R7A5TLarge Cylindrical Weldable2.76NECDimensionsMarking

16、sPart NumberMax.NorminalCapacitanceMax. ESRL MaxW MaxT MaxZPRated voltage(F)(at 1kHz)(mm) (mm) (mm) (mm)(mm)(Vdc)(m)HPSL0G223ZL4.20.02230034142.32.57.5 0.5HPSN0G473ZL4.20.04720042.5172.3310 0.5NECDimensionsMarkingsPart NumbCAP-XXG Series: General Purpose Supercapacitors (operating temperature range:

17、 -40C to +70C) 1Nominal Voltage(V)Dimensions(mm)ProductFamilyDC capacitance 2 (mF 20%) 4ESR 3 (m 20%) 4Max. Thickness(mm)4.5V20.0 x 15.0GZ 2751502.6028.5 x 17.0GW 2140 - 55050 - 702.20 - 3.5039.0 x 17.0GS 2250 - 120028 - 402.20 - 3.802.3V20.0 x 15.0GZ 1150751.2528.5 x 17.0GW 1280 - 110026 - 361.10 -

18、 1.7039.0 x 17.0GS 1500 - 240014 - 201.10 - 1.85返回CAP-XXG Series: General Purpos超級(jí)電容器測(cè)試目前國(guó)內(nèi)尚無用于超級(jí)電容器的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，我部門現(xiàn)行測(cè)試參考Maxwell測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。不同測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電容器測(cè)試參數(shù)影響較大，故國(guó)內(nèi)生產(chǎn)電容器法拉數(shù)及ESR與國(guó)外同類產(chǎn)品有所差別（參照Mxwell反饋數(shù)據(jù)）。 超級(jí)電容器測(cè)試目前國(guó)內(nèi)尚無用于超級(jí)電容器的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，我部門現(xiàn)Self DischargeShort CircuitDropLeakage CurrentRenverse PolarityLow PressureHigh Pr

19、essureThermal cyclingDC lifeCycling lifeOver voltage with low currentOver voltage with hgh currentMechanical CrushMechanical Nail PenetrationThermal ShockMechanical Vibration & ShockMaxwell 執(zhí)行測(cè)試，測(cè)試方法如：返回Self DischargeDC lifeMaxwell 執(zhí)R2：TC & Lid焊接產(chǎn)生的電阻R4：TC & JR焊接產(chǎn)生的電阻R6：電解液和極組反應(yīng)產(chǎn)生的電阻R8：BC & JR焊接產(chǎn)生的電阻R10：BC & can焊接產(chǎn)生的電阻R11：can自身的電阻R1：lid自身的電阻R3：TC自身的電阻R5：JR自身的電阻R7：電解液自身的電阻R9：BC自身的電阻超級(jí)電容器性能相關(guān)因素R2：TC & Lid焊接R4：TC & JR焊接R6：電解R4 (TC&lid焊接的電阻), R8 (BC&JR焊接的電阻),R10 (BC&can焊接的電阻) 為激光焊接影響因素，如出現(xiàn)虛焊、弱焊直接導(dǎo)致ESR和Cap不良電解液對(duì)ESR和Cap影響，還會(huì)導(dǎo)致自放電不良（生產(chǎn)中出現(xiàn)過直接注入CAN情況，電性能全部不合格）烘干失重偏低導(dǎo)致水分偏高，造成自放電批次性不良極片儲(chǔ)存時(shí)間過長(zhǎng)，極片吸水，造成不可