中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：從事半導(dǎo)體測(cè)量器具業(yè)務(wù)的日本MICRONICS公司與材料應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)GUALA TECHNOLOGY公司（總部神戶(hù)市）共同開(kāi)發(fā)出了新原理二次電池“battenice”的量產(chǎn)技術(shù)（圖1）。2014年內(nèi)將開(kāi)始樣品供貨。
備受關(guān)注的新款電池（在“第5屆［國(guó)際］二次電池展”上）
新電池具備鋰離子二次電池所沒(méi)有的幾個(gè)特點(diǎn)：第一，能以低成本方法制成薄膜狀。設(shè)想用于以下用途：嵌入可穿戴設(shè)備、與薄膜太陽(yáng)能電池和柔性照明器具及顯示器結(jié)合使用、植入印刷基板等。通過(guò)貼合薄膜，還能制成各種形狀。
第二，采用全固體構(gòu)造，無(wú)須擔(dān)心液漏；不使用可燃性材料，不會(huì)起火；不使用稀有金屬和稀土?，F(xiàn)在已能實(shí)現(xiàn)1萬(wàn)次以上的充放電。
日本MICRONICS公司預(yù)計(jì)投產(chǎn)時(shí)可實(shí)現(xiàn)輸出電壓1.5V、能量密度500Wh/L、輸出密度8000W/L、循環(huán)壽命（保持初期容量90％以上的容量）10萬(wàn)次，工作溫度范圍為-25～+85℃。
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圖1：采用新原理，易于實(shí)現(xiàn)柔性 試制的100mm見(jiàn)方電池（a）。還制作出了重疊8層薄膜，并聯(lián)4個(gè)電池的試制品（b）。300mm見(jiàn)方、厚11μm的薄膜狀電池試制品（c）。在“第5屆國(guó)際二次電池展”（2014年2月26～28日，東京有明國(guó)際會(huì)展中心）上，展示了與有機(jī)EL照明器具組合使用的試制品（d）。（（a）～（c）由日本MICRONICS公司拍攝） |
不會(huì)起火
battenice單位體積的能量密度雖然低于目前常用的鋰離子二次電池——“18650”圓柱型單元的650Wh/L，但有望以獨(dú)有的特點(diǎn)為優(yōu)勢(shì)開(kāi)拓新用途。
在帶隙中蓄電
新款電池能以低成本制成薄膜狀是因?yàn)槠涑浞烹娺^(guò)程的原理不同于現(xiàn)有電池。充放電不是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，而是利用量子技術(shù)進(jìn)行。存儲(chǔ)電力的充電層采用由絕緣膜（絕緣性樹(shù)脂或無(wú)機(jī)絕緣物）包裹的n型金屬氧化物半導(dǎo)體的微粒子。金屬氧化物半導(dǎo)體為二氧化鈦（TiO2）、氧化錫（SnO2）和氧化鋅（ZnO）等。
通過(guò)在制造過(guò)程中向充電層照射紫外線(xiàn)，n型金屬氧化物半導(dǎo)體的帶隙（價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的寬度）內(nèi)會(huì)形成很多新的能級(jí)。充電時(shí)電子進(jìn)入這些能級(jí)，而放電時(shí)這些能級(jí)中的電子便釋放出來(lái)，從而起到二次電池的作用。
MICRONICS公司已經(jīng)試制了尺寸為100mm見(jiàn)方和300mm見(jiàn)方、厚度約為10μm的薄膜狀產(chǎn)品。還開(kāi)發(fā)出了重疊32張薄膜的產(chǎn)品。另外，在電池展會(huì)“第5屆國(guó)際二次電池展”（2014年2月26～28日，東京有明國(guó)際會(huì)展中心）上，展示了在柯尼卡美能達(dá)的有機(jī)EL照明器具上組合使用薄膜狀電池的試制品（圖1（d））。方便攜帶，可以隨時(shí)點(diǎn)亮薄膜狀有機(jī)EL照明器具。
制造可利用低成本的連續(xù)工藝——卷對(duì)卷方式。而且，無(wú)需化學(xué)電池所需的1～2周老化工藝，這也有助于降低量產(chǎn)成本。
影響卷對(duì)卷制造條件等的薄膜基材目前使用不銹鋼箔和鋁箔等金屬。不過(guò)，該公司正在開(kāi)發(fā)降低下文專(zhuān)利中寫(xiě)入的300～400℃焙燒溫度的技術(shù)，因此將來(lái)也許可以使用樹(shù)脂。
根據(jù)申請(qǐng)的專(zhuān)利推測(cè)制造方法
新型電池的制造技術(shù)未公開(kāi)，不過(guò)根據(jù)Guala Technology公司申請(qǐng)的專(zhuān)利（WO2012046325A1）可以推測(cè)采用了如下的制造方法。
首先，在基板上依次濺射形成負(fù)電極（摻錫氧化銦，ITO）和n型金屬氧化物半導(dǎo)體層（TiO2）。接著，將脂肪酸鈦、硅油和溶劑混合攪拌后旋涂到TiO2層上。在50℃下干燥10分鐘，再在300～400℃下焙燒10分鐘～1個(gè)小時(shí)。由此分解脂肪酸鈦，形成由硅包裹的TiO2微粒子層。
然后，以20mW/cm2的強(qiáng)度照射波長(zhǎng)為254nm的紫外線(xiàn)大約40分鐘，以在TiO2的帶隙內(nèi)形成很多有助于充放電的新能級(jí)。p型金屬氧化物半導(dǎo)體（NiO）和正電極以濺射方式形成。
電極也可以采用金屬電極（銅、銅合金、鎳、鋁、銀、金、鋅、錫等）。除濺射外，還可考慮離子鍍、電子束蒸鍍、真空蒸鍍、化學(xué)蒸鍍、電解鍍金法、無(wú)電解鍍金法等形成方法。這些制造方法都寫(xiě)入了專(zhuān)利，估計(jì)實(shí)際應(yīng)用時(shí)還會(huì)用更有效的量產(chǎn)技術(shù)。
提高能量密度還有課題
今后，為提高單位體積的能量密度，可以考慮在增加充電層厚度的同時(shí)，減薄薄膜基材的方法（ 圖2）。
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圖2：新款電池的截面圖 試制品的基材薄膜采用不銹鋼箔，還可以使用重量較輕的鋁箔。今后，日本MICRONICS公司將在雙面設(shè)置充電層，以進(jìn)一步提高能量密度。 |
目前，加厚充電層比較困難，層數(shù)最多只能形成兩層。因?yàn)榧夹g(shù)上很難使紫外線(xiàn)照射的效果在厚度方向一致。另外，如果薄膜基材過(guò)薄，制造時(shí)又存在難以處理的課題。
如果解決了這些課題，還能在目前預(yù)計(jì)的500Wh/L能量密度的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高。（作者：狩集 浩志、富岡 恒憲，日經(jīng)技術(shù)在線(xiàn)！供稿）
