锂离子电池超级电容器的特性

(1)极高的充放电倍率

超级电容具备较高的功率密度，可在短时间内放出几百到几千安培的电流，充电速度快，可在几十秒到几分钟内完成充电过程。超级电容公交车和有轨电车就是利用此特性在短时间内完成充电，驱动车辆前进。

(2)循环寿命长

超级电容的充放电过程损耗极小，因此在理论上其循环寿命为无穷，实际可达100000次以上，比电池高10~100倍。

(3)低温性能较好

超级电容充放电过程中发生的电荷转移大部分都在电极活性物质表面进行，所以容量随温度衰减非常小，而通常锂离子电池在低温下容量衰减幅度甚至高达70%。

(4)能量密度太低

超级电容应用的瓶颈之一就是能量密度太低，仅为锂离子电池的1/20左右，约10Wh/kg。因此不能作为电动汽车主电源，大多作为辅助电源，主要用于快速启动装置和制动能量回收装置。2、锂离子电池特性

(1)电压平台

锂离子电池由于采用的正负极材料不同，其单体电池的工作电压范围为3.7~4V，其中应用规模较大的磷酸铁锂单体电池工作电压为3.2V，是镍氢电池的3倍、铅酸电池的2倍。

(2)比能量大

当前乘用车锂离子动力电池的能量密度接近200Wh/kg，预计2020年达到300Wh/kg。

(3)电池寿命短

由于电化学材料特性的制约，锂离子电池的循环次数没有取得突破，以磷酸铁锂为例，单体电池循环次数可以达到2000次以上，成组后仅为1000次以上。无法满足公交运行8年期限的要求。

(4)对环境影响较大

锂离子电池采用轻金属锂，尽管不含汞、铅等有害重金属，被认为是绿色电池，对环境污染较小。但实际上由于其正负极材料、电解液包含镍、锰等金属物，美国已经将锂离子电池归类为一种包含易燃、浸出毒性、腐蚀性、反应性等有毒有害性的电池，是目前各类电池中包含毒性物质最多的电池，并且因为其回收再利用的工艺较为复杂导致成本较高，因此目前的回收再利用率不高，废弃的电池对环境影响较大。

(5)成本依然较高

锂离子电池初期购置成本高，以目前公交车用动力电池主流产品磷酸铁锂电池为例，价格大约在2500元/kWh，随着电动汽车的普及，有望在2020年降低到1000元/kWh以下。由于单体电池成组后循环次数的制约，公交车通常在3年左右即需要更换电池，运营单位成本压力较大。

(6)对电网影响较大

首先大规模应用纯电动汽车，由于充电需求较大，充电设备对电网的谐波干扰将会凸显，影响电网的供电质量;其次，在快充时，由于是大倍率充电，因此充电功率较高(乘用车在50kW、客车在150~250kW左右)，对电网的负荷冲击较大。

因此，基于目前锂离子电池的技术水平来看，其电动汽车方面的应用主要在行驶里程小于200km的短途纯电动汽车中。

抑制异常产气的措施

在正常电压范围内，产气量较少，而且大多为碳氢化合物，当有异常产气发生时，会产生大量气体，破坏电极界面结构，导致电解液分解失效，严重时冲破封装区造成漏液，腐蚀危险。抑制异常产气需要从材料设计和制造工艺两方面着手。

首先要设计优化材料及电解液体系，保证形成致密稳定的SEI膜，提高正极材料的稳定性，抑制异常产气的发生。

针对电解液的处理常常采用添加少量的成膜添加剂的方法使SEI膜更均匀、致密，减少电池在使用过程中的SEI膜脱落和再生过程产气导致电池鼓胀，相关研究已有报道并在实际中得到应用，如哈尔滨理工大学的成夙等报道，使用成膜添加剂VC可以减少电池气胀现象。但研究多集中在单组分添加剂上，效果有限。华东理工大学的曹长河等人，采用VC与PS复合作为新型电解液成膜添加剂，取得了很好的效果，电池在高温搁置和循环过程中产气明显减少。研究表明，EC、VC形成的SEI膜组分为线性烷基碳酸锂，高温下附在LiC的烷基碳酸锂不稳定，分解生成气体(如CO2等)而产生电池鼓胀。而PS形成的SEI膜为烷基磺酸锂，虽膜有缺陷，但存在着一定的二维结构，附在LiC高温下仍较稳定。当VC和PS复合使用时，在电压较低时PS在负极表面形成有缺陷的二维结构，随着电压的升高VC在负极表面又形成线性结构的烷基碳酸锂，烷基碳酸锂填充于二维结构的缺陷中，形成稳定附在LiC具有网络结构的SEI膜。此种结构的SEI膜大大提高了其稳定性，可以有效抑制由于膜分解导致的产气。

此外由于正极钴酸锂材料与电解液的相互作用，使其分解产物会催化电解液中溶剂分解，所以对于正极材料进行表面包覆，不但可以增加材料的结构稳定性，还可以减少正极与电解液的接触，降低活性正极催化分解所产生的气体。因此，正极材料颗粒表面形成稳定完整的包覆层也是目前的一大发展方向。