| 项目名称 | 高比能锂离子电容器 | |
| 项目简介 | 项目基本情况：简介、来源、应用领域、检测、查新、鉴定、知识产权、奖励等如何通过低成本、高效的技术手段实现汽车节能减排战略是汽车厂商面临的迫在眉睫的问题。48V汽车启停电源系统被认为是实现上述目标最切实可行的方案，但是，由于储能机制的限制，目前化学电源，如锂离子电池和超级电容器都无法满足USABC的启停电源标准。本产品是我们近二十年来在基础理论突破、器件结构创新和工艺优化的结晶，从原理上解决了电容器和锂离子电池储能机理上的矛盾，可以同时实现高能量密度、高功率密度和长寿命，是目前唯一满足USABC要求的电源。同时，通过工艺创新，实现了电源器件成本的大幅下降，度电成本仅为电容器的1/5。此外，该电源还可以根据不同的使用场合进行电源定制，满足各种各样的需求。本电源可以采用目前商业化的材料、工艺路线和设备，可以快速实现商业化，提高了产业化速度，降低了商业化的风险。化学电源是工业化、信息化和自动化的基础，也是中国制造2025，七大战略性新兴产业中新能源汽车产业、新能源产业、新一代信息技术、高端装备制造业的基础。目前化学电源主要分为能量型器件和功率型器件。能量型器件主要包括锂离子电池，铅酸电池等，优点在于高能量密度，但是功率密度很差，寿命很短；功率型器件以超级电容器为代表，功率密度和寿命是锂电池的20倍以上，但是，能量密度不足锂电池的1/20。这也是目前化学电源技术和产业的痛点。美国Maxwell（已被特斯拉收购）、日本松下和NEC等是中国主要的功率型电源器件进口商，市场占有率接近90%。更为严重的是，这些功率型器件的能量密度极差，不仅远远低于锂离子电池的能量密度，也仅仅是铅酸电池能量密度的1/5。这是现在功率型器件发展的核心问题。 表1 常用的储能体系性能参数a  表中各项性能参数来自公司网站公布数据 b 数据来自实验室测试  图1传统电源器件能量密度/功率密度图 在保持电容器的高功率、长寿命电极基础上，大幅度提升功率型电源器件的能量密度、是电源研究关键有问题。这也是本项目的出发点和工作重心。同济大学团队在理论创新和结构优化的基础上，开发了新型混合型离子电容器，级电源器件在目前商业化成熟的材料和工艺的基础上，通过结构的优化和创新，真正实现了高能量密度、高功率密度和长寿命的平衡。这种新型器件世界范围内首先研发出单体混合储能器件，相比传统电容器，能量密度有量级飞跃，同时实现了电源的功率、能量和寿命的平衡也是目前唯一满足汽车启停系统标准的电源，预计市场容量大于1000亿/年。  图3 混合型锂离子超级电容器寿命曲线 2.项目的技术创新点、先进性表1和图4列出了我们开发的混合型电源器件和目前主要锂离子超级电容器的区别。可以发现，我们开发的混合型锂离子电源器件的能量密度、寿命等都要远远的超过主流锂离子电容器产品。器件已经经过美国陆军极为苛刻的评价，目前已经在美国陆军的单兵通话系统中进行测试与评价。 表2 主要锂离子电容器的性能对比  同国内外其他公司的功率型产品器件相比，本项目产品处于国内和国外领先地位，能量特性远超同类型企业的产品2倍以上，而循环寿命是铅酸蓄电池的200倍以上（锂离子电池的20倍以上），能够完全摆脱国内对于国外同等类型产品的依赖，这对于打破国外厂商技术垄断有着十分重要的意义。 3.应用该技术已解决的问题从化学电源的角度看，如何追求电源的能量密度、功率密度的平衡是近几年学术界和产业界的工作重点。比如说，对于汽车的启停电源系统，一般要求能量密度超过25Wh/kg，功率密度超过0.6KW/kg，寿命超过5万次。主流的化学电源，如锂离子电池，铅酸电池，镍氢电池和电容器都无同时满足此要求。而为了满足汽车启停系统对电源的要求，目前主要有以下几种技术路线：锂离子电池的技术路线。通过对锂离子电池电极的重新设计，把电极的厚度降低到原来的1/3，从而提高功率密度，满足汽车启停电源的需求。但是，这样虽然功率密度和能量密度可以达到，但法满足寿命的要求。这样做的电源器件寿命甚至达不到我们开发的混合型电源器件的1/10。同时这样处理会显著的提高锂离子电池的成本，使得度电的成本与我们开发的混合型锂离子超级电源接近。钛酸锂电池。钛酸锂电池是一种具有较高功率、较高寿命的锂离子电池。其中的优势是钛酸锂的电位较高（1.5V vs Li/Li+）。作为负极，钛酸锂可以有效的避免负极锂枝晶的生成，从而达到提升功率和延长寿命的目的。但是，钛酸锂电池也有几个致命的缺点，使得其应用极为受限：（a）电压平台过低，使得电池能量密度极差；（b）成本过高，目前钛酸锂电池的成本为磷酸铁锂电池的数倍，不仅远远的高于锂离子电池，也高于我们开发的混合型锂离子电源器件；（c）钛酸锂电池虽然在负极有改进，但受制于正极材料，钛酸锂电池的功率密度，寿命要远远的低于我们开发的混合型锂离子超级电源器件。 4.经济效益和社会效益HyLIC是世界范围内首先研发出的单体混合储能器件，相比传统超级电容器，能量密度有量级飞跃，同时实现了电源的功率、能量和寿命的平衡。该电源也是目前唯一满足USABC规定的汽车启停系统标准的电源，预计市场容量大于1000亿/年。项目成熟度：01 实验室 02 小试 03 中试 04小批量 05 批量（规模化生产）03 中试 04小批量合作情况：01 有签约 02 有达成意向 03 暂无03 暂无项目拟推广地区江浙沪对合作方基本要求与合作方式股权合作、知识产权合作 |
