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[交流] 【ZT】新日铁住金量产锂电池外壳及集电材料，利用不锈钢箔提高性能已有3人参与

在日本电池业，有一种材料突然间大受关注，那就是新日铁住金材料公司开发的不锈钢箔。该公司在2013年2月27日～3月1日于东京有明国际会展中心举行的“第四届国际充电电池展”上公开该材料时，前来参观的与会者人头攒动。

图  新日铁住金材料在“第四届国际充电电池展”上展示的“全不锈钢”电池。

   新材料可用于锂离子充电电池及超级电容器等的外壳和集电体，具体有两款，分别为在不锈钢箔上贴合树脂膜的层压材料“LAMINELIGHT”，以及可用于锂离子充电电池正负极集电体的“高强度极薄压延不锈钢箔”。为了了解这些材料的具体情况，以各大汽车厂商的技术人员为首，大量电池技术人士纷纷来到新日铁住金材料的展台。新日铁住金材料预定2015年以后构筑合计月产100吨的量产体制，其中LAMINELIGHT月产30吨、集电体用不锈钢箔月产70吨。

图1：电池和电容器的外装材料采用不锈钢箔
新日铁住金材料已经开始销售不锈钢箔外装材料（a）。备有以厚度为15μ～150μm的不锈钢箔为基材的4个品种（b、c）。在“第四届国际充电电池展”上展示了古河电池的试制品（d）。（（a）由新日铁住金材料拍摄）

   其中，LAMINELIGHT的目标是取代铝壳方型电池单元以及使用铝箔的层压型电池单元的外壳材料。不锈钢与铝合金相比强度和刚性更高，所以承受外部冲击的能力更强。而且，相同厚度情况下，还能使内压变化导致的电池膨胀降至使用铝箔时的1/3以下。

   此外，不锈钢还具有很高的电气化学稳定性，不会与电解液中的锂离子发生反应而变质，因此是一种密闭性出色的外装材料。新日铁住金材料已开始量产LAMINELIGHT，据说已有消费类产品用小型双电层电容器将其用作外装材料。

   LAMINELIGHT的产品线有不锈钢箔的厚度（基材厚度）为15μ～150μm、粘合树脂膜后的厚度（总厚度）为51μ～212μm的4个品种。此次在展台上还展出了古河电池公司使用基材厚度为100μm（总厚度为162μm）的外壳材料试制的10Ah电池单元。

最适合用于合金类负极

   集电体用不锈钢箔实现了比外装材料更薄的10μm的厚度。目标是在锂离子充电电池的正极和负极都能作为集电体使用（图2）。尤其是负极材料，目前，负极使用可实现高容量化的硅合金的情况越来越多，硅合金与不锈钢箔集电体的组合是最理想的方式。

图2：将高强度不锈钢箔用于合金系负极材料的集电体
新日铁住金材料计划在合金系负极材料的集电体中采用不锈钢箔。采用高容量合金的话，可以减薄电极，能提高单位体积的能量密度。（照片为日本产业技术综合研究所试制的负极材料）
   硅合金负极材料在充放电时的膨胀及缩小程度较大，会对集电体产生较大的应力，因此需要使用比之前采用的铜箔的强度更高的材料。高强度铜箔的拉伸强度为800N/mm2，而不锈钢箔高达1200N/mm2。

   新日铁住金材料还在展台上公开了日本产业技术综合研究所利用不锈钢箔试制的电池单元的试验结果（图3）。该试制单元的正极材料采用磷酸铁锂（LiFePO4），负极采用一氧化硅（SiO），充放电循环2000次后仍可维持初期容量的98.6％注1）。

注1）试制的电池单元因初次充放电的不可逆容量较大，所以在负极粘贴锂箔，掺杂了锂离子。

图3：利用不锈钢箔集电体试制电池单元
日本产业技术综合研究所试制了正负极集电体均采用不锈钢箔的电池单元，正极采用LiFePO4，负极采用SiO，反复充放电2000次后仍具备出色的循环特性（a）。在SiO负极分别采用不锈钢箔和铜箔进行实验，结果显示，采用不锈钢箔时不会产生褶皱，而采用铜箔时产生了褶皱，出现容量劣化。（图由《日经电子》根据新日铁住金材料的资料制作）

   在相同条件下使用铜箔时，SiO的膨胀及缩小会导致铜箔产生褶皱，活性物质会从电极脱落从而引发容量劣化（图3（b））。而不锈钢箔不会产生褶皱。

   不只是负极，估计正极也有望采用不锈钢箔集电体。正极材料方面，为在今后实现高容量化，正逐渐向着以更高电压利用三元系和Ni-Mn系材料的方向发展。不锈钢箔对锂的电位在0～4.5V范围内，电气化学性较为稳定，因此也可以用于正极。而且，不锈钢箔比铝箔的耐过放电性更强，在1V以下。

   不锈钢箔也存在课题，那就是与铝箔和铜箔相比电阻较大，因此很难用于要求高输出特性的锂离子充电电池。不过，新日铁住金材料认为，通常作为导电剂导入电极的“乙炔黑”具有非常大的电阻，因此输出特性方面的课题就在于导电剂。而且，不锈钢箔还可进行镀镍及镀铝处理，因此在降低电阻方面也有办法来改善。（记者：狩集浩志，《日经电子》）

[ Last edited by comma on 2013-3-22 at 12:45 ]

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