最近某款售價1200的“超級電容”充電寶電芯分析

希慕阿巴阿巴

最近有一款某國產(chǎn)品牌的充電寶，號稱是用了“超級電容”，可以“反復(fù)充電1萬次”，但是目前主要在國外眾籌/銷售，某東上也有，售價大約1200，有點感興趣，找了一下相關(guān)信息、拆解視頻等。商家說這個用的是上海奧威科技的“超級電容”電芯。首先說一下結(jié)論，這個“超級電容”電芯不是很多人認(rèn)為的“電雙層超級電容EDLC”，而是“混合型鋰離子電池電容”，或者簡單地說叫做“鋰離子超級電容”或“鋰離子電容”。下面看一下網(wǎng)上找的電芯拆機(jī)圖：

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電芯正面

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電芯底部

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電芯保護(hù)及均衡板

這個作者還對這個混合型鋰離子電池電容電芯做了單電芯放電測試：

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單電芯放電曲線

外行看熱鬧，內(nèi)行看門道?？梢钥吹竭@個電芯的放電曲線，是近似線性的、類似電容的放電特性，沒有明顯的放電平臺，而普通的鋰離子電池會有明顯的放電平臺，因此他們用的這個東西確實不是純純的電池，而具有一定的電容特性。但是這個評測者可能為了給廠家保密等原因，對放電曲線圖的電壓和時間（或容量）坐標(biāo)軸上的數(shù)值做了模糊“打碼”處理。
但是，從沒有被模糊處理的部分可以看到，單個混合型鋰離子電池電容電芯以15A恒流放電，放出了3.16Ah的容量，10.6WH的能量。用放電能量除以放電容量，可以算出放電過程的能量平均電壓為3.354V。因為能量型的混合型鋰離子電池電容和普通的雙電層超級電容不一樣，15A放電，相當(dāng)于5C倍率放電，因此放出的容量和能量會低于電芯實際可以儲存的容量和能量。
在*****（充電寶的生產(chǎn)商）的國外眾籌網(wǎng)站上，可以看到商家對所用的混合型鋰離子電池電容電芯的詳細(xì)描述：

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商家的宣傳圖中關(guān)于“超級電容”電芯的參數(shù)

可以看到商家標(biāo)的型號是“UCK8000F”，但是去上海奧威的官網(wǎng)查看，他們并沒有這個型號。奧威官網(wǎng)有的型號是UCK42V6800C、UCK42V9000、UCK42V14000C、UCK42V28000、UCK42V20000。對比各個型號的規(guī)格書，發(fā)現(xiàn)UCK42V6800C更符合他們所用的電芯，因為只有這款電芯的體積尺寸符合，而且是軟包的一端引出正負(fù)極的封裝形式，與拆機(jī)的截圖相符合。接下來看一下這款電芯的規(guī)格：

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電芯規(guī)格書第一頁

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電芯規(guī)格書第二頁

可以看到這款電芯的內(nèi)阻為3.5mΩ，和*****在國外眾籌的宣傳圖的3mΩ基本符合。這款電芯標(biāo)準(zhǔn)充放電電流20A，20s內(nèi)最大充放電電流45A，*****標(biāo)的25A顯然是在允許的充電電流范圍內(nèi)的。再看看容值，奧威標(biāo)的是7200F，而*****他們標(biāo)的電容容值是8000F，這是為什么呢？實際上，這是因為奧威官網(wǎng)標(biāo)的7200F，是從4.0V放電到2.8V的等效電容，而*****標(biāo)的8000F應(yīng)該是從4.2V放電到2.5V的等效電容。那么這里就引出了一個有意思的事情了，奧威的這款混合型鋰離子電池電容電芯，從4.0V放到2.8V，可以放出8.5Wh能量，可以循環(huán)5萬次。從3.8V放到2.8V，可以放出5.5Wh能量，但是循環(huán)次數(shù)增加了10倍，可以循環(huán)50萬次。也就是說，隨著最高充電截止電壓的提高，混合型鋰離子電池電容的循環(huán)壽命會迅速降低，同樣的2.8V放電截止電壓，從3.8V開始放可以循環(huán)50萬次，而從4.0V開始放只能循環(huán)5萬次。而*****眾籌宣傳圖上標(biāo)的是儲能12Wh，對應(yīng)規(guī)格書的從4.2V放到2.5V的能量，最高電壓比4.0V高了0.2V，最低電壓比2.8V低了0.3V，如此高的充電截止電壓和如此低的放電截止電壓，恐怕會對這款混合型鋰離子電池電容電芯的循環(huán)壽命有巨大的影響，是否能達(dá)到*****標(biāo)稱的1萬次，都是一個疑問，恐怕只能達(dá)到一兩千吧，但是這樣比，和普通的三元鋰的鋰離子電池，甚至磷酸鐵鋰電池，還有什么優(yōu)勢呢？能量密度不高，循環(huán)次數(shù)也不高。
最后，還是說一下，混合型超級電容（鋰離子電容/混合型鋰離子電池電容/hybrid supercapacitor/lithium ion capacitor）和大眾認(rèn)為的普通的超級電容（電雙層超級電容，EDLC），不是一樣的東西?；旌闲统夒娙莸膬δ苓^程還是涉及到了化學(xué)反應(yīng)的，而EDLC普通超級電容的儲能過程是純物理過程。因此，混合型超級電容的循環(huán)壽命、充放電倍率沒有EDLC超級電容高，再加上*****他們的循環(huán)電壓范圍很可能是2.5V~4.2V，混合型鋰離子電池電容尤其怕被充到過高的電壓，4.2V已經(jīng)超過了奧威的規(guī)格書上推薦的2.5V~4.0V的循環(huán)電壓范圍，因此實際循環(huán)壽命可能更低。最后，部分商家經(jīng)常利用大眾不懂混合型超級電容和普通的EDLC超級電容之間的區(qū)別，利用大眾對EDLC超級電容的高循環(huán)壽命、高倍率充放電的認(rèn)知，來做營銷，混淆普通的純物理儲能的EDLC雙電層超級電容與物理+化學(xué)雙重儲能機(jī)制的“混合型電池電容”/“鋰離子電容”的概念，這樣可以提高銷售價格，獲取較高的利潤，有些虛假宣傳了。
最后，推薦一篇文章《電化學(xué)電容器正名》，希望大家能理清這不同種類的超級電容之間的關(guān)系：
https://esst.cip.com.cn/CN/Y2020/V9/I4/1009

科技的發(fā)展是日新月異的，從最早期的電化學(xué)電容器研究至今已經(jīng)有六十多年的時間，在這一過程中電化學(xué)電容器取得了非常迅速的進(jìn)步。能量密度從不足1瓦時每公斤發(fā)展到現(xiàn)在混合電容器數(shù)十瓦時每公斤，壽命從最初的幾萬次壽命發(fā)展到現(xiàn)在雙電層電容器的百萬次循環(huán)壽命。目前學(xué)術(shù)界雖然對某些材料的電化學(xué)過程屬于電池行為還是電容行為尚存在爭議，但對電化學(xué)電容器的命名及分類已經(jīng)日漸清晰，然而在產(chǎn)業(yè)界依然存在信息滯后、命名及分類混亂的現(xiàn)象，對電化學(xué)電容器的產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化發(fā)展以及標(biāo)準(zhǔn)制定造成了相當(dāng)大的困擾。至今仍有不少技術(shù)人員介紹電化學(xué)電容器以偏概全，或者在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中意圖以單一標(biāo)準(zhǔn)涵蓋所有類型的電化學(xué)電容器，比如在產(chǎn)業(yè)界的技術(shù)交流活動中多以超級電容器指代電化學(xué)電容器，提及超級電容器大多宣傳“物理儲能器件，百萬次循環(huán)壽命”等雙電層電容器的特性。在商業(yè)活動中冠以超級電容器的名字無可厚非，但這些商業(yè)化的名稱漸漸影響到技術(shù)交流以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，在目前的電化學(xué)電容器的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)乃至國家標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，“超級電容器”“電池型電容器”等不專業(yè)的名字、商業(yè)化的名字屢見不鮮。雙電層電容器的性能指標(biāo)和測試方法與贗電容器、混合電容器存在較大的差別，在這些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，因為命名不專業(yè)，分類不標(biāo)準(zhǔn)，有的以雙電層電容器以偏概全，導(dǎo)致很多標(biāo)準(zhǔn)的測試方法脫離實際，無法正確衡量產(chǎn)品性能，有的意圖在單一標(biāo)準(zhǔn)中涵蓋所有類型電化學(xué)電容器，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容冗長、含義不清。因此對電化學(xué)電容器的規(guī)范統(tǒng)一的命名和分類是產(chǎn)業(yè)界迫切需要解決的一個問題。

參考文獻(xiàn)：
[1] 荊葛, 阮殿波. 電化學(xué)電容器正名[J]. 儲能科學(xué)與技術(shù), 2020, 9(4): 1009-1014.

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