超級電容行業分析報告一、超級電容器行業分析超級電容器根據制造工藝和外形結構可劃分為鈕扣型、卷繞型和大型三種類型，三者在容量上大致歸類為5F以下、5F~200F、200F以上，它們由于其特點的不同，運用領域也有所差異。鈕扣型產品具備小電流、長時間放電的特點，可用在小功率電子產品及電動玩具產品中。而卷繞型和大型產品則多在需要大電流短時放電，有記憶存儲功能的電子產品中做后備電源，適用于帶CPU的智能家電、工控和通信領域中的存儲備份部件。另外大型超級電容器通過串并聯構成電源系統可用在汽車等高能供應裝置上。年份紐扣型卷繞型和大型總規模同比增長200710.234.84545%200815.352.267.550%表107、08年全球超級電容產業規模（單位：億美元）年份紐扣型卷繞型和大型總規模同比增長20050.43.53.957.2%20060.94.85.746.2%20071.47.28.650%20082.111.213.355%表2國內超級電容產業規模（單位：億兀）表1、表2是對三種超級電容器產業規模進行調查而得到的數據整理而成的，分別反映了世界和中國超級電容器產業的情況。從這兩個表中我們不難發現三個問題：1、超級電容器產業的發展非常迅速，無論是鈕扣型還是卷繞型或是大型超級電容器，其產業規模都在高速擴展。2、中國在鈕扣型超級電容方面的競爭力不明顯，在中國鈕扣型市場中，海外產品幾乎占據了90%以上的份額，競爭非常激烈。數據表明，近幾年國內廠家的市場份額也在逐步擴大。3、卷繞型和大型方面，中國的技術水平與國際接近，市場份額也比較理想。近幾年，中國廠商的銷售收人也在呈幾何倍數增長。據調查，國產超級電容器已占有中國市場60%~70%的份額。二、超級電容器技術研究現狀超級電容器是利用雙電層原理的電容器。當外加電壓加到超級電容器的兩個極板上時，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲正電荷，負極板存儲負電荷，在超級電容器的兩極板上電荷產生的電場作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內電場，這種正電荷與負電荷在兩個不同相之間的接觸面上，以正負電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個電荷分布層叫做雙電層，因此電容量非常大。當兩極板間電勢低于電解液的氧化還原電極電位時，電解液界面上電荷不會脫離電解液，超級電容器為正常工作狀態（通常為3V以下），如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時，電解液將分解，為非正常狀態。由于隨著超級電容器放電，正、負極板上的電荷被外電路泄放，電解液的界面上的電荷響應減少。由此可以看出:超級電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學反應。因此性能是穩定的，與利用化學反應的蓄電池是不同的。超級電容器因其獨特的雙層大容量儲存結構對原材料及制作工藝提出了極高的要求。電極、電解質和隔膜的組成和質量對超級電容器的性能起著決定性的影響。下面將從原材料，制作工藝等幾個方面對超級電容器的技術現狀進行分析。2.1正極材料目前用作超級電容器電極的材料主要有三類:碳材料、金屬氧化物材料和導電聚合物材料。碳材料碳是最早被用來制造超級電容器的電極材料。碳電極電容器主要是利用儲存在電極與電解液界面的雙電層能量，其比表面積是決定電容器容量的重要因素。盡管高比表面的碳材料比表面積越大，容量也越大，但實際利用率并不高，因為多孔碳材料中孔徑一般要2nm及以上的空間才能形成雙電層，從而進行有效的能量儲存，而制備的碳材料往往存在微孔（孔徑小于2nm）不足的情況。所以這個系列主要是向著提高有效比表面積和可控微孔孔徑（孔徑大于2nm）的方向發展。除此之外，碳材料的表面官能團、導電率、表觀密度等對電容器性能也有影響。現在已有許多不同類型的碳材料被證明可用于制作超級電容器的極化電極，如活性炭、活性炭纖維、碳氣溶膠、碳納米管以及某些有機物的裂解碳化產物。金屬氧化物材料金屬氧化物作為超級電容器電極材料的研究是基于法拉第準電容儲能原理，即是在氧化物電極表面及體相發生的氧化還原反應而產生的吸附電容。其電容量遠大于活性炭材料的雙電層電容，但雙電層電容器瞬間大電流放電的功率特性比法拉第電容器好。金屬氧化物作為超級電容器電極材料有著潛在的研究前景。近年來金屬氧化物電極材料的研究工作主要圍繞以下兩個方面進行：（l）制備高比表面積的RuO2活性物質。（2）RuO2與其它金屬氧化物復合。導電聚合物材料電聚合物電極電容器是通過導電聚合物在充放電過程中的氧化還原反應，在聚合物膜上快速產生n型或p型摻雜從而使其儲存高密度的電荷，產生很大的法拉第電容來實現儲存電量。研究發現聚毗咯、聚噻吩、聚苯胺、聚對苯、聚并苯等可用作超級電容器電極材料，其中聚毗咯及其衍生物由于其有優異的電化學性能、環境友好、合成簡.單等特點，被認為是最具有應用價值的材料之一。導電聚合物超級電容器具有使用壽命長、溫度范圍寬、不污染環境等特點，并且可以通過設計聚合物的結構，優選聚合物的匹配特性，來提高電容器的整體性能、，但真正商業應用的電極材料品種還不多，價格也較高。今后研究的重點應放在合成新材料上，一尋找具有優良摻雜性能的導電聚合物，提高聚合物電極的充放電性能、循環壽命和熱穩定性等方面。從實用來講，碳材料無疑是目前超級電容器各類電極材料中最具吸引力的，它幾乎是市面上所有產品共同的選擇，但電極材料的成本占到其產品總成本的近30%，是導致生產成本較高的主要原因，這在一定程度上限制了超級電容器的推廣應用。而導電聚合物、金屬氧化物等作為電極材料還處于探索之中，停留在實驗室階段。今后超級電容器電極材料的研究重點將集中在己有材料制備工藝及結構優化，兼具法拉第準電容和雙電層電容新材料的開發，高性能材料的規模化生產，以適應市場對高性能、低成本、性能穩定移動電源技術的需求。

負極材料超級電容器負極材料主要是炭材料，商業化使用的負極炭材料主要是石墨。國內各廠家技術的差異不大，主要是材料性能的差異。電解質電解質是超級電容器的關鍵材料，在正負極之間起著輸送和傳導電流的作用，影響著器件的充放電特性、能量密度、安全性、循環性能、倍率充放電性能、高低溫性能、儲存性能和成本。根據其工作特點，要求電解液電導率高、雜質低、分解電壓高、腐蝕性低、化學和電化學穩定性好、熱穩定性能好、功能性強、低污染及低成本等特性。國內目前采取的是水系（即無機電解質）和非水系（即有機電解質）兩種不同的技術實現途徑，電解質為水系的超級電容器單體電壓不超過1.6V,而非水系的超級電容器單體電壓不超過3V。水系電解質主要有30%硫酸水溶液、30%氫氧化鉀水溶液；而有機在國際上己成為主流，使用較多的有機電解液是丙烯碳酸脂或高氯酸四乙氨、六氟磷酸鋰與有機溶劑的混合液等。表3列出了有機系超級電容器和水系超級電容器的一些特性上的主要區別。圖1和圖2分別介紹了超級電容器的分類以及不同超級電容的一些參數比較。有機系超級電容器水系超級電容器特性1、在非水質的電解液中使用多孔炭材料2、不產生化學反應3、能承受接近3V的電壓4、更高的功率5、更大的充放電電流6、通過靜電積聚存儲電荷，本質是靜電的7、適合大電流工作，不影響使用壽命8、有較高溫度范圍，-40℃-70℃9、因為不存在化學反應，產品壽命高，可達100萬次1、在水質的電解液中使用金屬氧化物2、工作時產生化學反應3、電壓范圍與金屬氧化物有關，通常小于2V4、較低的功率5、較小的充放電電流6、正負極間發生電荷質子轉移，本質是感應電流，并不是靜電7、大電流會導致器件老化，產生氣化膨脹，引起電解液泄漏8、工作溫度范圍較低卜10℃以下時，工作性能大大降低）9、因為存在化學反應，產品壽命較低，一般為20萬次表3有機系超級電容器和水系超級電容器主要區別超級由容器t莊用最廣泛的是碳味庭電展陷結彩容懵）按通根材料步類+混合型+導電聚合物-按通根材料步類+混合型+導電聚合物-?命屈輒牝御-?活性雙至固體EULC（技體電髀出）++無機有機按電解質分類 取電特層機理一都口LC木系（電壓vi.av】 非木休醫（電壓v\5v>tir iit假性 口性 械性 有機 上機 隨牌樁法界第按儲能機理分類利牝下跟反應業化學電容器氽同 玨分氧化 子聚物 合物圖1超級電容器分類電極村能公司電壓cv>屯客號（F）比陛R（獨詞比功率（WAb>狀況/可用性PariDsonic書機電髀建3tBOfl.2D0Q){S.4)€200,400)曲拈化片xpit七Saft.Alcatel■機電解灌31303500封友原型%和干.兄■合栩CAFkx有機W新液3no6300封友原理SEC水溶液(5b11\(].9)fl.5ca,io)由批化ELIT水涔掖150D.31(DM,I-3OT)度拈化碗打沖豆1.1axvel1有機電料:液3(1C00,27001門⑸C-1M,GOT)尚必it合物SuperFarad有機電新.曲2.B2505C2OT,300)趕裝原型喉凝依P-?irerstor有1L電梆漕CL5b1OT)7.a0.1250廢品化電屯垂tilt導電復合LosAlanasXatwnalLab有機電等源 5081.2丸000安融富點型任原也客掘哈噎鼎PinnacleRe&eoE'chInstitux北海情28怯(0,5.0,6)￡00野建原型要氧化詢15ImryFortMcxiniDuth水溶液1.711.51000實版堂原型淀若電容氧化（『出超電解Evans水溶液0.10.Q20.13aow我裝原型器醫或化SilA水港港■:aB10)50,000圾10)(BO.JOD)尚拈化圖2不同類型超級電容器特性生產工藝生產超級電容器的工藝流程主要分為以下九步：配料f混漿f制電極f裁片一組裝+注液+活化+檢測一包裝。步呼q：迎翁段恰比均粒科：百元，極片制作配料高速攬掉槐1%出口J網C國產上詫布弟布機1000（■進：-）的（國廣）屈片〔指片，札原桃刈分切CM片）分討機37班1|■宏推超聲ifi焊接機1。左右裝配卷挑慰金忖施貨機理疊片機35裝而手下氟把煤敞光焊機15-20注液注油電Tg進口）千蟀根或白動0一二一■充電、檢測〕化成柜投斯不點計算,■-般心以上夢殍（鍵定席斶客用:分容設備艷照節點」上算,一艙m山上照法入陣甜田分選MWK1配蛆、保護標在接人工U地蟹帶，殖尚，人理胤愿設犒1表4超級電容工藝流程及主要設備三、國際、國內超級電容器主要廠家國家 超班電容涔公司名稱錦州百納電氣有限公司上海奧威科技開發有限公司北京集星聯合電子科技有限公司中國哈爾濱巨容新能源有隈公司江蘇雙登集團有限公司止京合眾匯能科技有限公司深圳市思程高能能源科技有限公司MaxwelI,EvansSkeleton^Pinnacle^LosAlamos'Jatioriall.ab｛美國美國 能源笥洛斯阿拉莫斯國家實驗室）,，U5ArmyFartManroout?..,Cooper..TecateGroup俄羅斯EdEsina、Elit德國Epcus（西門子下屬公司）、Sma三本Nec、Panasonic^Tokin^Elna；去國 5aft>AlsthumAlcatel.&j1lore意Fiat.MagnetiMaraHiSEPA（馬瑞多）北歐SjperfaradDanlones 尼西普）澳大利亞Capxx韓國Nesscap、KorchipNuintek新西二Powerstor圖3國際、國內超級電容器主要廠家在全球民用超級電容器市場中，處于領先地位的企業有：美國Maxwell公司、日本Panasonic電器產業株式會社、韓國NessCap公司、法國Bollore公司。國內從事超級電容器研發的廠家共有50多家，然而能夠批量生產并達到實用化的廠家只有10多家，目前，在國內超級電容器行業處于領先地位的有：上海奧威科技開發有限公司、北京合眾匯能科技有限公司、北京集星聯合電子科技有限公司、哈爾濱巨容新能源有限公司、錦州凱美能源有限公司和江蘇雙登集團有限公司。上海奧威：新能源汽車領域的領導者國內公交車用超級電容器領域的佼佼者，產品主要用于各種車輛、內燃機的啟動以及輕型車、電動公交車的牽引和其他領域，其技術處于世界領先地位。所生產的超級電容器公交車己經用于世博會。但經過市場調研，該公司主要生產無機超級電容器，容量較大（上百法拉），不適用于本方案設計。北京合眾匯能科技有限公司：核心炭材料技術處于領先地位國內超級電容器電極材料領先企業，公司主要開發和生產高容量（HCC）系列有機高電壓型雙電層超級電容器。其生產的HCC超級電容主要以卷繞圓柱式為主，兼顧方形、異型模組等多種電容器產品規格，標準產品的容量從0.06F到10000F。公司可以提供高達10萬法拉大容量的特制超級電容器單體產品。目前公司HCC超級電容器產品廣泛應用于電動、混合動力汽車、大功率短時功能電源、太陽能儲能、風力發電機變槳系統、儲能緩沖系統、智能電表、電動自行車、電動玩具等領域。早期與清華大學合作開展超級電容器碳納米電極材料研究，公司在電極材料方面具有領先優勢。北京集星聯合電子科技有限公司：產業鏈較為完整公司是一家專注于新能源領域的革命性儲能產品的研發和商業化應用的創新型企業，面向汽車、工業、民用領域提供高效、可靠的儲能元件和系統產品，以提高電源的效率和可靠性。公司參與并支持電動汽車、風能和太陽能等可再生能源、工業節能降耗等產業的發展。公司突破了核心活性炭材料技術和電極技術，整合了超級電容器生產的上下游產業鏈，在北京、常州分別建立了電極材料、電極、元件、儲能系統的生產基地。公司注冊于北京中關村，研發基地設在北京中關村高科技產業園區，生產基地設在北京大興工業區，公司致力于納米技術等新型能源材料在綠色儲能元器件上的研究與應用開發，并使其產業化，擁有完全的自主知識產權。哈爾濱巨容新能源：超級電容器管理系統有望獲得突破超級電容器技術基礎實力雄厚，產品廣泛應用于港口起重設備電動車的牽引電源、汽車、坦克車、裝甲車等的啟動電源，激光武器、電動工具、安全氣囊，電磁開關電源；功率補償系統，UPS電源，電力峰谷平衡，風力發電機的能量儲存裝置。但經過市場調研，該公司主要生產無機超級電容器，容量較大（上千法拉），不適用于本方案設計。錦州凱美能源有限公司：運營管理仍有待提升公司自2001年起承擔國家科技部“十五”863計劃電動汽車重大專項“電動汽車用超級電容器”項目，2002年起承擔科技部科技型中小企業技術創新基金“超級電容器”項目研發，2003年承擔信息產業部電了信息產業發展基金“新型綠色能源-超級電容器產品產業化”項目。公司現有專業技術人員28人，其中高級工程師3人，博士生4人，碩士研究生8人，在產品開發、產品測試以及工藝改良方面有著豐富的理論和實際經驗。公司與中科院、北京有色金屬研究院、華東理工大學、北京科技大學、中南大學、遼寧工學院、渤海大學等建立了合作關系。公司目前己有18個系列、100多個規格的超級電容器產品，并擁有14項專利。價格從2元一70元/單元不等。江蘇雙登集團有限公司：還處于初級階段江蘇雙登集團有限公司與中科院電工所合作研制開發的超級電容器，與國內外同等性能相比，具有較強的成本優勢，產品經中國工程院楊裕生院士鑒定，其主要技術指標達到國內領先水平，部分關鍵指標達到國際先進水平。目前，公司研制的太陽能發電超級電容器己經應用于北京奧運村太陽能路燈項日，鳥巢、水立方、奧運數字大廈、五棵松體育館、豐臺泉球館、奧運村地下車庫、首都機場T3D航站樓、北京新南站、首都體育館等場地，均有公司的超級電容器產品應用。公司的研發主要基于南京雙矜科技發展研究院，研究院設有博士后科研工作站和工程技術中心，主要開發燃料電池、超級電容器、鋰電池材料、鋰離子電池等在內的各類先進化學電源產品。四、超級電容行業發展方向盡管超級電容器技術已經進人了產業化的快車道，但其中仍然存在著許多技術難題，這些都限制了超級電容器性能的進一步提高，制作成本的進一步降低，應用范圍的進一步延伸，及消費市場的進一步拓展。這些問題主要有如下幾個方面：尋找性能更優，成本更低的電極材料。電極材料是影響超級電容器性能和生產成本的關鍵因素，因此對于超級電容器的研究。幾乎都是圍繞著電極材料進行的。而國內電極材料存在性能不佳和可選擇范圍小等問題，所以我國在超級電容器的核心部分即高性能電極材料的生產上一直存在瓶頸。所以企業若想實現長足發展就必須加強對電極材料的創新研究，必要時可以與研究院和高校合作研發。尋求更優化的匹配組合方法超級電容器單體產生的電壓一般比較低，每只電容耐壓大約僅有2.5V左右，電池要靠多只串聯組合提供高電壓，這就需要非常復雜的電路來保證每只單體電容的均壓問題，一旦電壓過了，就會損壞，而且一旦組合匹配不好就會影響到電池組的性能和壽命。沒有好的匹配方法將直接造成超級電容電池組的成本過高，儲能相當于500Ah電池組的價格估計要數百萬元。所以企業若想生產出更多種類型號的超級電容器，想要自己的產品有更為廣闊的應用領域，就必需尋求匹配組合技術的突破。解決慢放電控制的問題。超級電容器的自放電率很高，自放電現象較其他儲能器件都要嚴重，這也就限制了超級電容器不能像傳統電池一樣長時間穩定儲能。另外超級電容自放電大小還與充電條件有關，若是恒壓充電，充電時間較長，效果很好；若是恒流充電，充電時間較短，自放電就較嚴重，因為迅速充完電以后，電荷只停留在超級電容的擴散層，所以超級電容器若要像普通電池一樣廣泛應用于多個領域就必須解決慢放電控制問題，而開發出能夠穩定儲能的超級電容電池也就顯得尤為重要。解決內阻較高的問題雙電層電容器與鋁電解電容器相比內阻較大，超級電容器的較大的內阻會阻礙其快速放電，其時間常數①在ls~2s，給阻容式電路完全放電大約需要5。，所以要得到放電更快的超級電容器就必須進一步降低其內阻。目前主要可以從兩方面降低內阻：一方面，從原材料上入手減少極片和電解液本身內阻;另一方面，通過改變封裝結構減少接觸內阻，達到降低產品內阻的目的。進一步減小體積盡管超級電容器較普通電容器的容量大了3-4個數量級，但和電池相比單位體積的容量還是太小，電池與其體積相當的超級電容器相比可以存儲更多的能量。所以超級電容器若想與傳統電池爭奪市場，就必須在這方面下足功夫。除此之外，如果超級電容器要運用在電動機車和電力等系統中，其可靠性還需進一步提高。五、超級電容器選型根據本文第三章所述，主要從國際國內一些技術相對領先的企業中來進行選型，在這些廠家中選型時，可主要從價格、漏電流大小、耐溫情況、額定充放電電流、等效串聯內阻、容量偏差幾個角度來進行考慮。5.1.漏電流行業內公認的漏電流都是在72小時充電后測量出的漏電流大小，有些廠家也做了24小時充電后的漏電流大小，在選型時可比較不同廠家的漏電流大小。5.2耐溫目前不同廠家的耐溫情況基本相同，最大范圍一般都是-40℃~70℃，當然有些小廠家也有-20℃~60℃這種情況。等效串聯內阻（ESR）

等效串聯內阻分為交流ESR與直流ESR,通常直流ESR約是交流ESR的1.5倍，隨溫度上升而減小。超級電容器等效串聯電阻較大的原因是：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