全固體鋰電池不斷出現 與太陽能電池“一體化”
發布時間:2010-03-31 來源:技術在線
產品特性:
鋰離子充電電池jilijuhewuchongdiandianchidegutihuaqushibuduanzengqiang。qizhong,yiyouchangshangkaishixiaoshouchanpin。gutihuazhihouyouyuchanpinjubeiqiansuoweiyoudetedian,yinciyouwangkaipixindeyongtu。

表1:全固體鋰離子或鋰聚合物充電電池的開發示例
這些課題最近得到大幅改善,有多項技術已進入實用化階段。比如,韓國GS Caltex公司製造出了超薄、郵票大小的鋰離子充電電池,並已開始在日本等地進行樣品供貨。雖然容量本身隻有0.5mAh,但體積能量密度超過800Wh/L,比普通鋰離子充電電池高2成以上。充電率較高,最大達到50C。
關鍵是經驗與訣竅
GS Caltex的電池製造裝置及製造經驗都是愛發科(ULVAC)提供的。愛發科提供的“是普通的濺射用製造裝置,除了正負電極之外,還可製造電解質層。而且還有望大幅擴大麵積”(愛發科)。不過,這樣的電池並不是誰都能製造出來的,“高溫處理時的溫度管理等製造經驗與訣竅是性能提高的關鍵”(愛發科)。
吉奧馬科技(GEOMATEC)和岩手大學也開發出了利用濺射實現正負電極以及電解質層層疊的全固體鋰離子充電電池。但特點與GS Caltex的電池不同。比如,“無需高溫處理工序,底板可使用樹脂薄膜”(岩手大學教授馬場守)。不過,容量隻有0.1mAh左右。原因是“負極未使用鋰,因此端子電壓較低”(馬場守)。
期望用於大麵積器件
上(shang)述(shu)兩(liang)項(xiang)開(kai)發(fa)案(an)例(li)利(li)用(yong)的(de)是(shi)半(ban)導(dao)體(ti)製(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)。而(er)出(chu)光(guang)興(xing)產(chan)及(ji)三(san)重(zhong)縣(xian)產(chan)業(ye)支(zhi)援(yuan)中(zhong)心(xin)等(deng)卻(que)選(xuan)擇(ze)不(bu)同(tong)於(yu)半(ban)導(dao)體(ti)的(de)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi),力(li)爭(zheng)大(da)幅(fu)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)。但(dan)是(shi),兩(liang)個(ge)技(ji)術(shu)陣(zhen)營(ying)都(dou)需(xu)要(yao)在(zai)實(shi)用(yong)化(hua)方(fang)麵(mian)付(fu)出(chu)更(geng)大(da)的(de)努(nu)力(li)。
出光興產數年前就在開發用於固體電解質的粉末狀“硫化物類鋰鹽”(出光興產)的全固體鋰離子充電電池。最近的進展主要有兩點:①尺寸從名片大小加大到了A6大小,②省去了以前輸出功率時所需要的數kgf/cm2壓力。不過,目前還存在彎曲性和電解質均一性的課題,需要進一步改進製造工藝(圖1)。
三重縣產業支援中心使用樹脂作為電解質。由於是“非凝膠狀的無漏液幹樹脂”(該中心高級部件技術革新中心業務總負責人伊坪明),因此適於以卷對卷方式進行量產。不過,在實用化方麵還存在需要攻克的課題。該中心“將努力通過降低表麵電阻使輸出電壓提高至目前的兩倍”(伊坪明),目前正在研究向電極片塗抹溶液狀樹脂使之交聯固化的方法。
這些電池現在要用於普通電氣產品的話容量還遠遠不夠。因此,“目前還找不到用途,尚未出現應用事例”(愛發科)。
要打破這一局麵,最為看好的方法是“在層疊電池結構來增加容量的基礎上,與太陽能電池等其他大麵積用途的器件進行組合使用”(三重縣產業支援中心,圖2)。如果按照這一方向發展的話,今後還有望改變大麵積器件的使用方法。
圖2:還將朝著與大麵積器件一體化的方向發展
- 采用固體材料作為電池的電解質
- 不會發生漏液現象
- 膜厚僅數μ~100μm
- 電池
鋰離子充電電池jilijuhewuchongdiandianchidegutihuaqushibuduanzengqiang。qizhong,yiyouchangshangkaishixiaoshouchanpin。gutihuazhihouyouyuchanpinjubeiqiansuoweiyoudetedian,yinciyouwangkaipixindeyongtu。
出光興產的實際演示

quangutililizihuojuhewuchongdiandianchicaiyongguticailiaozuoweidianchidedianjiezhi。youyuwanquanbushiyongdianjieye,yincibuhuifashenglouyexianxiang,dafujiangdilezhehuojibaozhadekenengxing。lingwaidaduoshuchanpinhaijubeimohoujinshuμ~100μm(不包括底板)、重量輕以及底板可彎曲的特點。但同時也存在功率密度小以及工作溫度範圍窄的課題。 

表1:全固體鋰離子或鋰聚合物充電電池的開發示例
關鍵是經驗與訣竅
GS Caltex的電池製造裝置及製造經驗都是愛發科(ULVAC)提供的。愛發科提供的“是普通的濺射用製造裝置,除了正負電極之外,還可製造電解質層。而且還有望大幅擴大麵積”(愛發科)。不過,這樣的電池並不是誰都能製造出來的,“高溫處理時的溫度管理等製造經驗與訣竅是性能提高的關鍵”(愛發科)。
吉奧馬科技(GEOMATEC)和岩手大學也開發出了利用濺射實現正負電極以及電解質層層疊的全固體鋰離子充電電池。但特點與GS Caltex的電池不同。比如,“無需高溫處理工序,底板可使用樹脂薄膜”(岩手大學教授馬場守)。不過,容量隻有0.1mAh左右。原因是“負極未使用鋰,因此端子電壓較低”(馬場守)。
期望用於大麵積器件
上(shang)述(shu)兩(liang)項(xiang)開(kai)發(fa)案(an)例(li)利(li)用(yong)的(de)是(shi)半(ban)導(dao)體(ti)製(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)。而(er)出(chu)光(guang)興(xing)產(chan)及(ji)三(san)重(zhong)縣(xian)產(chan)業(ye)支(zhi)援(yuan)中(zhong)心(xin)等(deng)卻(que)選(xuan)擇(ze)不(bu)同(tong)於(yu)半(ban)導(dao)體(ti)的(de)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi),力(li)爭(zheng)大(da)幅(fu)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)。但(dan)是(shi),兩(liang)個(ge)技(ji)術(shu)陣(zhen)營(ying)都(dou)需(xu)要(yao)在(zai)實(shi)用(yong)化(hua)方(fang)麵(mian)付(fu)出(chu)更(geng)大(da)的(de)努(nu)力(li)。
出光興產數年前就在開發用於固體電解質的粉末狀“硫化物類鋰鹽”(出光興產)的全固體鋰離子充電電池。最近的進展主要有兩點:①尺寸從名片大小加大到了A6大小,②省去了以前輸出功率時所需要的數kgf/cm2壓力。不過,目前還存在彎曲性和電解質均一性的課題,需要進一步改進製造工藝(圖1)。

圖1:電解質層製造工藝尚存課題
出光興產正在研究借助硫化物類粉末來形成均一電解質層的方法(a)。sanzhongxianchanyezhiyuanzhongxindengweilejiangdidianjiezhiyudianjipianzhijiandebiaomiandianzu,muqianzhengzaiyanjiuzaidianjipianshangtumoshuzhirongyehou,tongguojiaolianxingchenggaofenzidefangfa(b)。 三重縣產業支援中心使用樹脂作為電解質。由於是“非凝膠狀的無漏液幹樹脂”(該中心高級部件技術革新中心業務總負責人伊坪明),因此適於以卷對卷方式進行量產。不過,在實用化方麵還存在需要攻克的課題。該中心“將努力通過降低表麵電阻使輸出電壓提高至目前的兩倍”(伊坪明),目前正在研究向電極片塗抹溶液狀樹脂使之交聯固化的方法。
這些電池現在要用於普通電氣產品的話容量還遠遠不夠。因此,“目前還找不到用途,尚未出現應用事例”(愛發科)。
要打破這一局麵,最為看好的方法是“在層疊電池結構來增加容量的基礎上,與太陽能電池等其他大麵積用途的器件進行組合使用”(三重縣產業支援中心,圖2)。如果按照這一方向發展的話,今後還有望改變大麵積器件的使用方法。

圖2:還將朝著與大麵積器件一體化的方向發展
將全固體鋰離子或聚合物充電電池與太陽能電池組合的示例。
(a)為岩手大學、愛發科及產綜研等試製的產品,目標是與矽類太陽能電池一起進行一條龍製造。
(b)為三重縣產業支援中心等的開發示例,與太陽能麵板、最大功率點跟蹤(MPPT)電路,以及鋰聚合物充電電池進行了組合。
(a)為岩手大學、愛發科及產綜研等試製的產品,目標是與矽類太陽能電池一起進行一條龍製造。
(b)為三重縣產業支援中心等的開發示例,與太陽能麵板、最大功率點跟蹤(MPPT)電路,以及鋰聚合物充電電池進行了組合。
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