混合動力車用鋰離子電容器的開發(fā)(一)

　　FDK開發(fā)出了輸出功率高、充放電循環(huán)特性出色的鋰離子電容器?，F(xiàn)已開始用于高電壓暫降補(bǔ)償裝置和太陽能發(fā)電的負(fù)荷平均化等領(lǐng)域，此外，其在混合動力車等需要高輸出功率的汽車領(lǐng)域的應(yīng)用也有進(jìn)展。本文將由FDK介紹鋰離子電容器的特性以及面向混合動力車等采取的舉措。

　　近年來，為應(yīng)對化石燃料枯竭和防止地球變暖，人們采取了各種對策。針對化石燃料問題，積極導(dǎo)入了太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等自然能源。在防止地球變暖方面，開始針對CO₂排量高的汽車實(shí)施電動化及馬達(dá)輔助駕駛等減排對策。

　　但這些對策導(dǎo)致電力系統(tǒng)不穩(wěn)定和用電量增加等新課題浮出了水面。要解決這些課題，蓄電元器件必不可少。

　　此前的蓄電元器件一直以鋰離子充電電池（LIB）為中心推進(jìn)開發(fā)，但因用途的不同，LIB的輸出特性和充放電循環(huán)壽命（以下簡稱壽命）存在極限。我們面向LIB難以支持的用途，開發(fā)出了高輸出長壽命的鋰離子電容器（LIC）“EneCapTen”。本文將介紹LIC面向今后有望增長的市場——混合動力車市場的應(yīng)用方案。

高電壓大容量LIC

　　LIC是正極采用活性炭、負(fù)極采用碳材料、電解液采用鋰離子有機(jī)物（鹽：LiPF₆，溶劑：PCEC）的電容器。正極通過雙電層的效果蓄電。負(fù)極與LIB一樣，由鋰離子的氧化還原反應(yīng)而蓄電。

　　通過添加鋰離子，LIC不但電壓升高至約4V，還提高了負(fù)極存儲的靜電容量，單元整體的靜電容量可增至原雙電層電容器（EDLC）的2倍左右。因此，LIC與EDLC相比具有高電壓大容量的優(yōu)點(diǎn)（表1）。

　　例如，單位體積的能量密度為10～50Wh/L，較EDLC的2～8Wh/L的容量要大得多。

　　雖然比LIB能量密度較低，但LIC的輸出密度高、壽命長。此外，還具有高溫特性出色以及自放電比EDLC小的兩大特點(diǎn)。

正極不同，安全性較高

　　目前，蓄電用途主要的要求有三點(diǎn)：①安全性、②長壽命、③低價(jià)位。其中①的安全性是最重要的要素。蓄電元器件是用來儲存能源的，如果不能穩(wěn)定儲存，則隨著能量密度的升高，元器件會變得非常危險(xiǎn)。

　　目前為提高安全性，對LIB采取為隔膜涂布絕緣物等種種措施，但從本質(zhì)上來說，蓄電原理本身安全是最理想的。

　　LIB與LIC的不同點(diǎn)在于正極。LIB的正極采用鋰氧化物，而LIC采用活性炭。鋰氧化物不但含有大量的鋰，還含有可起火的重要因素——氧。

　　因此，如果單元內(nèi)部因某種原因發(fā)生短路，短路導(dǎo)致的發(fā)熱會使鋰氧化物分解，并可進(jìn)一步發(fā)展為單元整體的熱分解，從而導(dǎo)致嚴(yán)重發(fā)熱。

　　而LIC的正極采用活性炭，雖然發(fā)生內(nèi)部短路時(shí)會與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，但那之后正極與電解液不會發(fā)生反應(yīng)，從原理上可以說是安全的（圖1）。