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全固體鋰電池不斷出現(xiàn) 與太陽能電池“一體化”

發(fā)布時間:2010-03-31 來源:技術(shù)在線

產(chǎn)品特性:
  • 采用固體材料作為電池的電解質(zhì)
  • 不會發(fā)生漏液現(xiàn)象
  • 膜厚僅數(shù)μ~100μm
應(yīng)用范圍:
  • 電池

鋰離子充電電池及鋰聚合物充電電池的固體化趨勢不斷增強(qiáng)。其中,已有廠商開始銷售產(chǎn)品。固體化之后由于產(chǎn)品具備前所未有的特點(diǎn),因此有望開辟新的用途。
出光興產(chǎn)的實(shí)際演示
全固體鋰離子或聚合物充電電池采用固體材料作為電池的電解質(zhì)。由于完全不使用電解液,因此不會發(fā)生漏液現(xiàn)象,大幅降低了著火及爆炸的可能性。另外大多數(shù)產(chǎn)品還具備膜厚僅數(shù)μ~100μm(不包括底板)、重量輕以及底板可彎曲的特點(diǎn)。但同時也存在功率密度小以及工作溫度范圍窄的課題。

表1:全固體鋰離子或鋰聚合物充電電池的開發(fā)示例
這些課題最近得到大幅改善,有多項技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用化階段。比如,韓國GS Caltex公司制造出了超薄、郵票大小的鋰離子充電電池,并已開始在日本等地進(jìn)行樣品供貨。雖然容量本身只有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(dá)到50C。

關(guān)鍵是經(jīng)驗(yàn)與訣竅

GS Caltex的電池制造裝置及制造經(jīng)驗(yàn)都是愛發(fā)科(ULVAC)提供的。愛發(fā)科提供的“是普通的濺射用制造裝置,除了正負(fù)電極之外,還可制造電解質(zhì)層。而且還有望大幅擴(kuò)大面積”(愛發(fā)科)。不過,這樣的電池并不是誰都能制造出來的,“高溫處理時的溫度管理等制造經(jīng)驗(yàn)與訣竅是性能提高的關(guān)鍵”(愛發(fā)科)。

吉奧馬科技(GEOMATEC)和巖手大學(xué)也開發(fā)出了利用濺射實(shí)現(xiàn)正負(fù)電極以及電解質(zhì)層層疊的全固體鋰離子充電電池。但特點(diǎn)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”(巖手大學(xué)教授馬場守)。不過,容量只有0.1mAh左右。原因是“負(fù)極未使用鋰,因此端子電壓較低”(馬場守)。

期望用于大面積器件

上述兩項開發(fā)案例利用的是半導(dǎo)體制造技術(shù)。而出光興產(chǎn)及三重縣產(chǎn)業(yè)支援中心等卻選擇不同于半導(dǎo)體的制造工藝,力爭大幅降低成本。但是,兩個技術(shù)陣營都需要在實(shí)用化方面付出更大的努力。

出光興產(chǎn)數(shù)年前就在開發(fā)用于固體電解質(zhì)的粉末狀“硫化物類鋰鹽”(出光興產(chǎn))的全固體鋰離子充電電池。最近的進(jìn)展主要有兩點(diǎn):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(shù)kgf/cm2壓力。不過,目前還存在彎曲性和電解質(zhì)均一性的課題,需要進(jìn)一步改進(jìn)制造工藝(圖1)。
圖1:電解質(zhì)層制造工藝尚存課題
出光興產(chǎn)正在研究借助硫化物類粉末來形成均一電解質(zhì)層的方法(a)。三重縣產(chǎn)業(yè)支援中心等為了降低電解質(zhì)與電極片之間的表面電阻,目前正在研究在電極片上涂抹樹脂溶液后,通過交聯(lián)形成高分子的方法(b)。

三重縣產(chǎn)業(yè)支援中心使用樹脂作為電解質(zhì)。由于是“非凝膠狀的無漏液干樹脂”(該中心高級部件技術(shù)革新中心業(yè)務(wù)總負(fù)責(zé)人伊坪明),因此適于以卷對卷方式進(jìn)行量產(chǎn)。不過,在實(shí)用化方面還存在需要攻克的課題。該中心“將努力通過降低表面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涂抹溶液狀樹脂使之交聯(lián)固化的方法。

這些電池現(xiàn)在要用于普通電氣產(chǎn)品的話容量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此,“目前還找不到用途,尚未出現(xiàn)應(yīng)用事例”(愛發(fā)科)。

要打破這一局面,最為看好的方法是“在層疊電池結(jié)構(gòu)來增加容量的基礎(chǔ)上,與太陽能電池等其他大面積用途的器件進(jìn)行組合使用”(三重縣產(chǎn)業(yè)支援中心,圖2)。如果按照這一方向發(fā)展的話,今后還有望改變大面積器件的使用方法。

圖2:還將朝著與大面積器件一體化的方向發(fā)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)為巖手大學(xué)、愛發(fā)科及產(chǎn)綜研等試制的產(chǎn)品,目標(biāo)是與硅類太陽能電池一起進(jìn)行一條龍制造。
(b)為三重縣產(chǎn)業(yè)支援中心等的開發(fā)示例,與太陽能面板、最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)電路,以及鋰聚合物充電電池進(jìn)行了組合。
 
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