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锂离子电容器作为一种新型储能器件，具有功率密度高、静电容量大、循环寿命长等优点。它们有望广泛应用于新能源汽车、太阳能、风能等领域。它的工作原理不同于锂离子电池和超级电容器。
1、锂离子电池的工作原理
锂离子电池是继镉镍和氢镍电池之后发展最快的二次电池。锂离子电池正极和负极的活性物质都是可以可逆嵌入和去除锂的化合物。至少一种电极材料在组装之前处于锂嵌入状态，例如过渡金属氧化物LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4作为正极，并且各种碳材料、金属氧化物或合金被选择作为负极材料。
锂离子电池的工作原理如图1所示，以石墨为负极，LiCoO2为正极。充电时，锂离子在电化学电势梯度的驱动力下从正极材料分离并通过电解质迁移到负极。电荷平衡要求外部电路中有等量的电子从正极流向负极，到达负极后获得电子的锂离子嵌入负极材料的晶格中；在放电过程中，发生相反的过程，其中锂离子离开负电极晶格并嵌入正电极以再次形成LiCoO2。
锂离子电池的工作原理不仅基于“氧化还原”，还基于电化学插入-去除反应。也就是说，在锂离子电池的充放电过程中，锂被用作离子载体进行能量交换。通过电解质，利用锂离子的插入和提取在正负电极之间摆动，达到能量交换的目的。与其他电池相比，锂离子电池具有能量密度高、平均输出电压高、充电效率高、自放电效率低、安全性能好、循环使用寿命长等优点。
2、超级电容器的工作原理
超级电容器通常由电极、电解质、收集器和分离器组成，其工作原理如图2所示。
充电时，电子通过外部电源从正极转移到负极，使正极和负极分别携带正电荷和负电荷。同时，电解质溶液中的正负离子分离并移动到电极表面，与电极表面的电荷层对峙，形成双层电；在放电过程中，电子通过负载从负极流向正极，正负离子从电极表面释放并返回电解质溶液体，而双层消失。由此可以看出，双层电容器利用电极和电解质之间的双层界面来存储电荷。充电和放电过程始终是一个物理过程，不发生电化学反应。因此，它们具有性能稳定、充放电时间短、循环寿命长、功率密度高、高低温性能好等优点。
3、锂离子电容器的工作原理：如下图3
正极材料是具有双层储能的活性炭材料，负极材料是具有锂离子脱嵌功能的插层碳材料，电解质是锂盐电解质。在充电过程中，锂离子从正极材料的表面分离，穿过电解质和隔膜，然后插入负极材料的晶格中；在放电过程中，锂离子从负极材料的晶格分离，并通过电解质返回正极材料的表面，与正极的电荷形成双层。锂插入后的负极电位较低，在锂离子电池和超级电容器之间具有高工作电压、高能量密度和高功率密度的特点。
4、锂离子电容器与锂离子电池和超级电容器相比的优势
（1） 容量、电压和自放电的比较
锂离子电容器的能量密度低于锂离子电池，但输出密度较高；单个体积的能量密度为10-15Wh/L，远大于双层电容器2-8Wh/L的容量，是后者的两倍。
在电压方面，锂离子电容器的最高电压可达4V，与锂离子电池相似，但远高于双层电容器。同时，它们的自放电比两者都小。
（2） 安全性
锂离子电池的正极，由于使用了氧化锂，不仅含有大量可以形成锂枝晶并穿透隔膜的锂，还含有重要的点火元素氧。一旦电池短路，它就会发展成完全的热分解，与电解质发生反应并引起燃烧。锂离子电容器的正极是活性炭，即使内部短路与负极发生反应，也不会与电解质发生反应。从理论上讲，它将比锂电池安全得多。
（3） 寿命长
为了实现较长的寿命，锂离子电池对其充电和放电深度有一定的范围限制，这降低了可有效利用的容量。双层电容器的充电和放电原理简单地是从电解质中吸附或去除离子，这使得难以延长实际寿命。然而，即使锂离子电容器的正极电势降低，单元本身的电压也不会显著降低，从而确保了容量。
（4） 耐高温性
在高温条件下，电解质和正极容易氧化和分解。因此，可能需要在高温条件下降低正极的电势。然而，当电势降低时，双层电容器的整体电压降低，从而无法确保容量。然而，锂离子电池无法降低电压，这很容易导致安全问题。只有锂离子电容器才能用于正极电位远离氧化分解区的位置，从而获得优异的高温性能。
