最近某款售價(jià)1200的“超級(jí)電容”充電寶電芯分析

希慕阿巴阿巴

最近有一款某國(guó)產(chǎn)品牌的充電寶，號(hào)稱(chēng)是用了“超級(jí)電容”，可以“反復(fù)充電1萬(wàn)次”，但是目前主要在國(guó)外眾籌/銷(xiāo)售，某東上也有，售價(jià)大約1200，有點(diǎn)感興趣，找了一下相關(guān)信息、拆解視頻等。商家說(shuō)這個(gè)用的是上海奧威科技的“超級(jí)電容”電芯。首先說(shuō)一下結(jié)論，這個(gè)“超級(jí)電容”電芯不是很多人認(rèn)為的“電雙層超級(jí)電容EDLC”，而是“混合型鋰離子電池電容”，或者簡(jiǎn)單地說(shuō)叫做“鋰離子超級(jí)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(gè)作者還對(duì)這個(gè)混合型鋰離子電池電容電芯做了單電芯放電測(cè)試：

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單電芯放電曲線

外行看熱鬧，內(nèi)行看門(mén)道?？梢钥吹竭@個(gè)電芯的放電曲線，是近似線性的、類(lèi)似電容的放電特性，沒(méi)有明顯的放電平臺(tái)，而普通的鋰離子電池會(huì)有明顯的放電平臺(tái)，因此他們用的這個(gè)東西確實(shí)不是純純的電池，而具有一定的電容特性。但是這個(gè)評(píng)測(cè)者可能為了給廠家保密等原因，對(duì)放電曲線圖的電壓和時(shí)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(méi)有被模糊處理的部分可以看到，單個(gè)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(guò)程的能量平均電壓為3.354V。因?yàn)槟芰啃偷幕旌闲弯囯x子電池電容和普通的雙電層超級(jí)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(huì)低于電芯實(shí)際可以?xún)?chǔ)存的容量和能量。
在*****（充電寶的生產(chǎn)商）的國(guó)外眾籌網(wǎng)站上，可以看到商家對(duì)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(jí)電容”電芯的參數(shù)

可以看到商家標(biāo)的型號(hào)是“UCK8000F”，但是去上海奧威的官網(wǎng)查看，他們并沒(méi)有這個(gè)型號(hào)。奧威官網(wǎng)有的型號(hào)是UCK42V6800C、UCK42V9000、UCK42V14000C、UCK42V28000、UCK42V20000。對(duì)比各個(gè)型號(hào)的規(guī)格書(shū)，發(fā)現(xiàn)UCK42V6800C更符合他們所用的電芯，因?yàn)橹挥羞@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(lái)看一下這款電芯的規(guī)格：

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電芯規(guī)格書(shū)第一頁(yè)

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電芯規(guī)格書(shū)第二頁(yè)

可以看到這款電芯的內(nèi)阻為3.5mΩ，和*****在國(guó)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(shí)際上，這是因?yàn)閵W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(gè)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(wàn)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(wàn)次。也就是說(shuō)，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(huì)迅速降低，同樣的2.8V放電截止電壓，從3.8V開(kāi)始放可以循環(huán)50萬(wàn)次，而從4.0V開(kāi)始放只能循環(huán)5萬(wàn)次。而*****眾籌宣傳圖上標(biāo)的是儲(chǔ)能12Wh，對(duì)應(yīng)規(guī)格書(shū)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(huì)對(duì)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(chēng)的1萬(wàn)次，都是一個(gè)疑問(wèn)，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(shì)呢？能量密度不高，循環(huán)次數(shù)也不高。
最后，還是說(shuō)一下，混合型超級(jí)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(jí)電容（電雙層超級(jí)電容，EDLC），不是一樣的東西?；旌闲统?jí)電容的儲(chǔ)能過(guò)程還是涉及到了化學(xué)反應(yīng)的，而EDLC普通超級(jí)電容的儲(chǔ)能過(guò)程是純物理過(guò)程。因此，混合型超級(jí)電容的循環(huán)壽命、充放電倍率沒(méi)有EDLC超級(jí)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(guò)高的電壓，4.2V已經(jīng)超過(guò)了奧威的規(guī)格書(shū)上推薦的2.5V~4.0V的循環(huán)電壓范圍，因此實(shí)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(jí)電容和普通的EDLC超級(jí)電容之間的區(qū)別，利用大眾對(duì)EDLC超級(jí)電容的高循環(huán)壽命、高倍率充放電的認(rèn)知，來(lái)做營(yíng)銷(xiāo)，混淆普通的純物理儲(chǔ)能的EDLC雙電層超級(jí)電容與物理+化學(xué)雙重儲(chǔ)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(xiāo)售價(jià)格，獲取較高的利潤(rùn)，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(lèi)的超級(jí)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(shí)間，在這一過(guò)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(shí)每公斤發(fā)展到現(xiàn)在混合電容器數(shù)十瓦時(shí)每公斤，壽命從最初的幾萬(wàn)次壽命發(fā)展到現(xiàn)在雙電層電容器的百萬(wàn)次循環(huán)壽命。目前學(xué)術(shù)界雖然對(duì)某些材料的電化學(xué)過(guò)程屬于電池行為還是電容行為尚存在爭(zhēng)議，但對(duì)電化學(xué)電容器的命名及分類(lèi)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(lèi)混亂的現(xiàn)象，對(duì)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(guò)程中意圖以單一標(biāo)準(zhǔn)涵蓋所有類(lèi)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(dòng)中多以超級(jí)電容器指代電化學(xué)電容器，提及超級(jí)電容器大多宣傳“物理儲(chǔ)能器件，百萬(wàn)次循環(huán)壽命”等雙電層電容器的特性。在商業(yè)活動(dòng)中冠以超級(jí)電容器的名字無(wú)可厚非，但這些商業(yè)化的名稱(chēng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程中，“超級(jí)電容器”“電池型電容器”等不專(zhuān)業(yè)的名字、商業(yè)化的名字屢見(jiàn)不鮮。雙電層電容器的性能指標(biāo)和測(cè)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?yàn)槊粚?zhuān)業(yè)，分類(lèi)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(cè)試方法脫離實(shí)際，無(wú)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(lèi)型電化學(xué)電容器，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容冗長(zhǎng)、含義不清。因此對(duì)電化學(xué)電容器的規(guī)范統(tǒng)一的命名和分類(lèi)是產(chǎn)業(yè)界迫切需要解決的一個(gè)問(wèn)題。

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

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