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fah

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[交流] 【前沿】全固体锂电池不断出现，与太阳能电池“一体化”已有2人参与

全固体锂电池不断出现，与太阳能电池“一体化”

出光兴产的实际演示

锂离子充电电池及锂聚合物充电电池的固体化趋势不断增强。其中，已有厂商开始销售产品（表1）。固体化之后由于产品具备前所未有的特点，因此有望开辟新的用途。
　　全固体锂离子或聚合物充电电池采用固体材料作为电池的电解质。由于完全不使用电解液，因此不会发生漏液现象，大幅降低了着火及爆炸的可能性。另外大多数产品还具备膜厚仅数μ～100μm（不包括底板）、重量轻以及底板可弯曲的特点。但同时也存在功率密度小以及工作温度范围窄的课题。

表一
表1：全固体锂离子或锂聚合物充电电池的开发示例

　　这些课题最近得到大幅改善，有多项技术已进入实用化阶段。比如，韩国GS Caltex公司制造出了超薄、邮票大小的锂离子充电电池，并已开始在日本等地进行样品供货。虽然容量本身只有0.5mAh，但体积能量密度超过800Wh/L，比普通锂离子充电电池高2成以上。充电率较高，最大达到50C。
关键是经验与诀窍
　　GS Caltex的电池制造装置及制造经验都是爱发科（ULVAC）提供的。爱发科提供的“是普通的溅射用制造装置，除了正负电极之外，还可制造电解质层。而且还有望大幅扩大面积”（爱发科）。不过，这样的电池并不是谁都能制造出来的，“高温处理时的温度管理等制造经验与诀窍是性能提高的关键”（爱发科）。
　　吉奥马科技（GEOMATEC）和岩手大学也开发出了利用溅射实现正负电极以及电解质层层叠的全固体锂离子充电电池。但特点与GS Caltex的电池不同。比如，“无需高温处理工序，底板可使用树脂薄膜”（岩手大学教授马场守）。不过，容量只有0.1mAh左右。原因是“负极未使用锂，因此端子电压较低”（马场守）。
期望用于大面积器件
　　上述两项开发案例利用的是半导体制造技术。而出光兴产及三重县产业支援中心等却选择不同于半导体的制造工艺，力争大幅降低成本。但是，两个技术阵营都需要在实用化方面付出更大的努力。
　　出光兴产数年前就在开发用于固体电解质的粉末状“硫化物类锂盐”（出光兴产）的全固体锂离子充电电池。最近的进展主要有两点：①尺寸从名片大小加大到了A6大小，②省去了以前输出功率时所需要的数kgf/cm2压力。不过，目前还存在弯曲性和电解质均一性的课题，需要进一步改进制造工艺（图1）。

图1：电解质层制造工艺尚存课题
出光兴产正在研究借助硫化物类粉末来形成均一电解质层的方法（a）。三重县产业支援中心等为了降低电解质与电极片之间的表面电阻，目前正在研究在电极片上涂抹树脂溶液后，通过交联形成高分子的方法（b）。

　　三重县产业支援中心使用树脂作为电解质。由于是“非凝胶状的无漏液干树脂”（该中心高级部件技术革新中心业务总负责人伊坪明），因此适于以卷对卷方式进行量产。不过，在实用化方面还存在需要攻克的课题。该中心“将努力通过降低表面电阻使输出电压提高至目前的两倍”（伊坪明），目前正在研究向电极片涂抹溶液状树脂使之交联固化的方法。
　　这些电池现在要用于普通电气产品的话容量还远远不够。因此，“目前还找不到用途，尚未出现应用事例”（爱发科）。
　　要打破这一局面，最为看好的方法是“在层叠电池结构来增加容量的基础上，与太阳能电池等其他大面积用途的器件进行组合使用”（三重县产业支援中心，图2）。如果按照这一方向发展的话，今后还有望改变大面积器件的使用方法（记者：野泽哲生）

图2：还将朝着与大面积器件一体化的方向发展
将全固体锂离子或聚合物充电电池与太阳能电池组合的示例。（a）为岩手大学、爱发科及产综研等试制的产品，目标是与硅类太阳能电池一起进行一条龙制造。（b）为三重县产业支援中心等的开发示例，与太阳能面板、最大功率点跟踪（MPPT）电路，以及锂聚合物充电电池进行了组合。

http://www.sic.ac.cn/xwzx/kydt/201004/t20100401_2810646.html

[ Last edited by fah on 2010-4-2 at 10:28 ]

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