超级电容@@(EDLC)技术@@指南连载@@(五@@):村田的超级电容@@的可靠性@@(故障与劣化@@@@)

6.1. 干涸故障@@

干涸故障@@是@@开放的故障@@。干涸故障@@是@@由于内部电解液向外部蒸发引起的@@。蒸发是@@一点点发生的@@,要花费很长时间@@。要使@@超级电容@@工作@@,需要有最少量电解液@@。如果残留的电解液比最少量多@@,也不会对超级电容@@的性能产生影响@@。由于蒸发@@,小于最少量时@@,会引起离子不足@@,可以@@使@@用的电极面积将会减少@@。结果@@,容量急速下降@@、ESR增加@@,最终引起超级电容@@无法工作@@(图@@35)。干涸故障@@是@@开放的模式@@。

村田的超级电容@@为了使@@达到干涸故障@@的时间变长@@,设计成注入多余电解液@@。此外@@,贴装也是@@抑制干涸的设计@@(图@@36)。蒸发的速度和@@温度条件有关@@。换句话说@@,干涸故障@@到达时间也与温度条件有关@@。干涸故障@@到达时间请参照图@@@@37.

图@@35干涸引起容量和@@@@ESR的变化@@@@

图@@36为了减少干涸@@(电解液的蒸发@@)的优越封装设计@@

图@@37 干涸时间@@

6.2. 老化@@

老化@@劣化@@会使@@容量慢慢变小@@,使@@ESR增加@@(图@@38)。老化@@是@@由于内部水分和@@电解液发生电气化学反应引起的@@。电气化学反应在@@电极表面产生生成物@@,这个生成物引起超级电容@@的性能劣化@@@@(容量降低和@@@@ESR增加@@、图@@38)。劣化@@是@@由于水分一点点渗透到电容内部@@,慢慢发生的@@,所以@@不会突然发生故障@@(图@@38)。电气化学反应的量与温度@@、电压有关@@,水分渗透也与温度和@@电压有关@@@@。因此@@,老化@@速度与温度和@@电压有关@@@@。村田的超级电容@@对老化@@劣化@@具有优越的耐持久性@@(图@@16)。通过使@@用合适的材料和@@良好的防止水分渗透的贴装设计@@,抑制老化@@劣化@@速度@@。

图@@38  老化@@造成的容量和@@@@ESR变化@@

DMT334R2S474M3DTA0在@@ 4.2 V / 70°C / 12,000时的试验结果@@和@@@@DMF3Z5R5H474M3DTA0在@@4.2 V / 40°C / 9,000时的试验结果@@如图@@@@@@39和@@图@@@@40所示@@,可观察老化@@劣化@@@@,初始状态时劣化@@的程度很大@@,慢慢收敛@@。

此外@@,关于老化@@劣化@@@@,我们准备@@了模拟工具@@。详见@@7.2

图@@39 DMT334R2S474M3DTA0在@@4.2 V / 70°C / 12,000时的容量和@@@@ESR变化@@

图@@40 DMF3Z5R5H474M3DTA0在@@4.2 V / 40°C / 9,000时的容量和@@@@ESR变化@@

6.3. 充放电循环寿命@@

村田的超级电容@@具有优越的充放电循环负载耐性@@。这与电池和@@锂离子电容器@@(混合电容器@@)有所不同@@,因为引起大幅劣化@@的电气化学反应不会伴随着充放电@@。
充放电循环试验事例@@如图@@@@@@41所示@@。DMT334R2S474M3DTA0以@@0.5A電流@@充电至@@4.2V,保持@@3.5秒@@,之后以@@@@0.5A的电流放电至@@0V保持@@3.5秒@@。这种充放电循环可以@@循环@@100000次@@。如图@@@@41所示@@,循环负载后容量和@@@@ESR几乎没有劣化@@@@。

由于超级电容@@的自发热@@,会使@@长时间循环高速充放电时的劣化@@进一步严重@@,所以@@请务必注意@@,关于自发热请参照@@12.3

图@@41  DMT334R2S474M3DTA0的充放电循环试验@@

6.4. 膨胀@@

长时间使@@用超级电容@@@@,封装可能会发生膨胀@@@@,膨胀@@使@@流入内部的水分与电解液发生电气化学反应@@(劣化@@)。

DMT334R2S474M3DTA0在@@各种条件下@@,贴装膨胀@@和@@工作时间的关系事例@@如图@@@@@@42所示@@。在@@25℃和@@55℃的状态下时@@,5年后@@(44000小时后@@)几乎没有发生膨胀@@@@。另一方面@@,在@@70℃以@@上@@使@@用时@@,电压越高膨胀@@越厉害@@。

图@@43是@@DMF3Z5R5H474M3DTA0的事例@@@@。持续在@@@@40℃以@@下@@3.0V的状态下使@@用@@时@@,5年后@@(44000小时后@@)几乎没有膨胀@@@@。另一方面@@,持续在@@@@70℃以@@下@@4.2V以@@上@@状态下使@@用时@@,1000小时后@@产生@@1mm的膨胀@@@@。特别是@@@@DMF3Z5R5H474M3DTA0,发生了@@1.25mm以@@上@@的膨胀@@@@时@@,封装有可能损坏@@,所以@@请注意@@。(例@@:5V 60℃的状态下使@@用@@1,000小时后@@的膨胀@@@@是@@@@1.25mm)。

产品设计时@@,请将膨胀@@考虑在@@内进行设计@@。关于其他品名尽请咨询@@。

图@@42 贴装的膨胀@@@@和@@使@@用时间@@(DMT334R2S474M3DTA0)

图@@43 贴装的膨胀@@@@和@@使@@用时间@@(DMF3Z5R5H474M3DTA0)

6.5. 考虑可靠性时@@

超级电容@@使@@用时@@,需要考虑老化@@劣化@@和@@干涸故障@@@@。但是@@实际上这两个不会同时发生@@。干涸故障@@发生前@@,只会发生老化@@劣化@@@@(图@@44)。在@@使@@用温度条件下充分确认干涸时间@@时@@,请先确认图@@@@37的指标@@。接下来@@,为了充分确认使@@用电压和@@温度条件下的超级电容@@性能@@,请利用本公司的模拟工具@@(详请参考@@7.2)。

图@@44  实际的容量和@@@@ESR变化@@