【文章內(nèi)容簡介】 現(xiàn)的容量和壽命。該實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)之一，是利用行星式球磨機(jī)進(jìn)行機(jī)械加工，以制作具高離子導(dǎo)電性的復(fù)合正極材料。機(jī)械研磨除在室溫下反應(yīng)外，還具有可獲得能直接用作固態(tài)電解質(zhì)的精微顆粒玻璃的優(yōu)點(diǎn)。 　　例如，由機(jī)械研磨的硫化鎳（NiS）與Li2SP2S5類固態(tài)電解質(zhì)組成的復(fù)合正極、Li2SP2S5類固態(tài)電解質(zhì)和使用鋰銦合金的負(fù)極所制成的固態(tài)電池，（圖5）。 　　具體來說，50次周期后其充放電效率仍接近100％，容量仍維持在約360mAh/g。而單以硫化鎳與固態(tài)電解質(zhì)混合時(shí)，容量只有100mAh/g。由此可知，經(jīng)機(jī)械研磨的復(fù)合正極材料，其電極活性物質(zhì)與固態(tài)電解質(zhì)之間的接觸面積增大，從而硫化鎳電極活性物質(zhì)的利用率得以提高。（未完待續(xù) 記者：狩集 浩志） 圖5 利用球磨機(jī)制作硫化復(fù)合物正極材料大阪府立大學(xué)采用了行星式球磨機(jī)制作復(fù)合正極材料（a）。據(jù)稱做成活性物質(zhì)（NiS）與固態(tài)電解質(zhì)之間的良好界面（b）。其結(jié)果，放電能量明顯高于只混合二者時(shí)所獲得的能量（c）。圖依大阪府立大學(xué)提供的數(shù)據(jù)制成。新一代電池走向全固態(tài)——電動(dòng)車與定置式大尺寸電池的需求推動(dòng)開發(fā)（下）　辰巳砂實(shí)驗(yàn)室還在進(jìn)行直接將硫用作正極材料的研究。硫本身并不導(dǎo)電，因此，加添了乙炔黑（acetylene black）作為傳導(dǎo)促進(jìn)劑，加以機(jī)械研磨，再加添Li2SP2S5并予研磨制成了復(fù)合正極材料。使用這種正極和鋰銦合金負(fù)極制成的固態(tài)電池，在10個(gè)周期后，仍保持了高達(dá)（1375mAh/g）的容量。 對(duì)住宅應(yīng)用固態(tài)電池 　　目前高分子類固態(tài)電池的研發(fā)以聚醚（polyether）類為主流。將高分子材料涂布在電極上，然后用電子束（Ebeam）或紫外線（UV）輻射加以橋接（crossbridge）可使之固化，特點(diǎn)是易于形成與電極材料間的良好界面。但常溫下其離子電導(dǎo)率約只有105S/cm，低溫特性較低，0℃以下難以工作。 　　日本電力中央研究所看準(zhǔn)這一特性，并欲將采用聚合物固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池用于住宅。該研究所正在設(shè)想將固態(tài)電池與由熱泵和儲(chǔ)熱槽組成的“EcoCute”熱水器結(jié)合使用。與固態(tài)電池組合的的熱水儲(chǔ)存槽可以更加小型化，因而更容易由難以確保設(shè)置面積的大規(guī)模住宅和公寓采用，而固態(tài)電池設(shè)想在60℃下操作，因此可避免產(chǎn)生聚合物固態(tài)電解質(zhì)的弱點(diǎn)——低溫操作上存在的問題。 　　該研究所在充分考慮了無機(jī)物類固態(tài)電解質(zhì)的離子導(dǎo)電率和低溫特性優(yōu)異的基礎(chǔ)上，還是選擇使用了聚合物類固態(tài)電解質(zhì)。其理由是定置式應(yīng)用對(duì)較低成本的要求強(qiáng)烈。使用聚合物類電解質(zhì)的固態(tài)電池，可以使用與現(xiàn)有鋰離子充電電池相同的電極材料，不僅容易制造，而且無需隔離膜與電解液注入工序等，容易實(shí)現(xiàn)低價(jià)格。 可能僅需涂布制程 　　電力中央研究所正在構(gòu)想全部工序都以涂布制造的生產(chǎn)線（圖6）。生產(chǎn)方法極為簡單：在涂布了電極材料的電極板上涂布聚合物電解質(zhì)，然后照射紫外線橋接使電解質(zhì)固化。之后，只需將正極和負(fù)極板緊密合在一起即可。其特點(diǎn)是，通過厚厚涂布聚合物固態(tài)電解質(zhì)，可以無需使用隔離膜。 圖6 適合大量生產(chǎn)的聚合物固態(tài)電解質(zhì)CRIEPI正在開發(fā)一種采用聚合物固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池?？刹捎媚軐?shí)現(xiàn)大尺寸與低成本的卷對(duì)卷式量產(chǎn)方式，并在構(gòu)想量產(chǎn)生產(chǎn)線（a）。 其試制品單元內(nèi)，有三個(gè)電池板層積并串聯(lián)在一起（b）。實(shí)際上，1個(gè)單元便可以輸出約12V（c）。圖依CRIEPI 提供的數(shù)據(jù)制成。　　電力中央研究所正在進(jìn)行正極采用LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2，負(fù)極為石墨的固態(tài)電池研究。固態(tài)電解質(zhì)采用了日本大創(chuàng)株式會(huì)社（Daiso）的一種聚醚材料。為防止在正極材料與固態(tài)電解質(zhì)間的界面上形成化合物而導(dǎo)致性能劣化，將在活性物質(zhì)的表面上涂覆無機(jī)物。因正極涂覆可防止固態(tài)電解質(zhì)的氧化，因而對(duì)金屬鋰可與電位超過4V的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2組合使用。 　　負(fù)極材料的選擇需要考慮與構(gòu)成電極的傳導(dǎo)促進(jìn)劑、粘接劑的匹配適用性。就導(dǎo)電促進(jìn)劑而言，氣相碳纖維（Vaporphase carbon fiber）優(yōu)于乙炔黑，而粘接劑，則丁二烯苯乙烯橡膠（styrenebutadiene rubber, SBR）比聚偏二氟乙烯（polyvinylidene difluoride, PVDF）效果更佳。 　　電力中央研究所定于在兩、三年后向民間企業(yè)提供其固態(tài)電池技術(shù)授權(quán)，希望能于2015年看到量產(chǎn)的試制品。使用壽命為其商業(yè)化的主要障礙，一位CRIEPI消息人士解釋說：“使用壽命對(duì)定置式安裝至關(guān)重要，我們希望能將延長使用壽命為目前的兩倍左右。” 已設(shè)置試制生產(chǎn)線 　　日本三重縣的財(cái)團(tuán)法人三重產(chǎn)業(yè)支援中心（Mie Industry and Enterprise Support Center），也在利用聚合物固態(tài)電解質(zhì)發(fā)展固態(tài)電池。參與這項(xiàng)開發(fā)的還有三重縣工業(yè)研究所和已經(jīng)設(shè)立了利用卷對(duì)卷方式生產(chǎn)線的三重大學(xué)新一代電池研發(fā)中心（圖7）。 圖7 三重大學(xué)的試制生產(chǎn)線三重大學(xué)設(shè)置了一條采用聚合物固態(tài)電解質(zhì)固態(tài)電池的試制生產(chǎn)線（a）。聚合物和橋接劑（bridging agent）被用來涂布正極和負(fù)極的電極薄板（b）?！　?jù)稱，該固態(tài)電池采用了磷酸鐵鋰（LiFePO4）正極、聚氧化乙烯（polyethylene oxide, PEO）電解質(zhì)薄膜與鈦酸鋰（Li4Ti5O12）石墨和硅復(fù)合物負(fù)極。制造時(shí)，將正極和負(fù)極所需的聚合物與橋接材料添加到含有活性物質(zhì)的材料中，并涂布到電極板上，在制造工序中用電子束照射使電極膜層內(nèi)聚合物分子間形成橋接。固態(tài)電解質(zhì)中亦加入橋接材料，并在涂布后以同樣的方法實(shí)施橋接處理。他們認(rèn)為，由于這些橋接的作用，即使在低溫條件下每個(gè)膜層上聚合物分子間的距離不易收縮，便于鋰離子的轉(zhuǎn)移。據(jù)稱，這一設(shè)計(jì)，目前甚至在0℃電池也可工作。作為用途，其將可與太陽能電池、電子紙和柔性電路板結(jié)合使用。（全文完 記者：狩集 浩志）印刷形成超薄可彎曲全固體鋰合聚物充電電池（上）：從試制線看電池制成　日本三重縣產(chǎn)業(yè)支援中心正在開發(fā)以超薄可彎曲為特點(diǎn)的片狀鋰聚合物充電電池（參閱本站報(bào)道1，報(bào)道2）。該電池為使用固體電解質(zhì)的全固體型，著火及爆炸的可能性大幅降低。另外還可利用基于印刷技術(shù)的卷對(duì)卷工藝進(jìn)行制造，也是其一大特點(diǎn)?！度战?jīng)電子》此次得到了對(duì)片狀全固體鋰聚合物充電電池的試制線進(jìn)行采訪的機(jī)會(huì)。 　　試制線大體分為兩部分，一部分是三重大學(xué)新一代電池開發(fā)中心內(nèi)的設(shè)施，另一部分是三重縣產(chǎn)業(yè)支援中心先進(jìn)材料創(chuàng)新中心內(nèi)的設(shè)施。首先利用前一設(shè)施分別制造帶正極層的樹脂片材，以及帶負(fù)極層及固體電解質(zhì)層的樹脂片材，然后再用后一設(shè)施對(duì)這些片材進(jìn)行粘合并實(shí)施向疊層內(nèi)封裝。 片材粘合后僅厚100μm左右 　　三重大學(xué)新一代電池開發(fā)中心內(nèi)的設(shè)施通過事先將室內(nèi)露點(diǎn)溫度調(diào)節(jié)至40℃的干燥狀態(tài)，徹底排除水分后，可形成電極層及電解質(zhì)層等。設(shè)施內(nèi)設(shè)有在樹脂片材上涂布電極層及電解質(zhì)層的裝置，以及在涂布后對(duì)各層進(jìn)行改質(zhì)的電子射線照射裝置等。 　　各層的形成工序按如下步驟進(jìn)行。首先在樹脂片材上涂布負(fù)極材料并干燥后照射電子射線，接著在涂布電解質(zhì)層材料并干燥后照射電子射線。正極層是在另一樹脂片材上涂布正極材料并干燥后照射電子射線。涂布用的電解質(zhì)材料由聚環(huán)氧乙烷類高分子材料混合交聯(lián)劑制成。在電子射線照射下，高分子材料便會(huì)交聯(lián)。負(fù)極材料及正極材料中除活性物質(zhì)外還混入了高分子材料，通過照射電子射線實(shí)現(xiàn)交聯(lián)。正極使用LiFePO4與碳等的復(fù)合體，負(fù)極使用Li4Ti5O12與石墨及硅的復(fù)合體。 　　在《日經(jīng)電子》采訪時(shí)，進(jìn)行了對(duì)負(fù)極膜進(jìn)行涂布及干燥的演示，公開了將碳類材料中混合高分子材料的漿狀材料涂布到呈卷狀卷起的樹脂片材上的過程。（樹脂片材的滾動(dòng)速度）。涂布工序后用加熱器分兩步烘干。由此使負(fù)極膜中的溶劑蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)干燥。之后再切成片材，轉(zhuǎn)入電子射線照射工序。通過照射數(shù)十秒的電子射線，使負(fù)極膜內(nèi)部發(fā)生交聯(lián)。 涂布裝置。正在涂布負(fù)極材料。涂布負(fù)極材料后的片材　厚度方面，帶負(fù)電極層和電解質(zhì)的樹脂片材只有70μm多。帶正電極層的樹脂片材為30μm左右，兩張片材粘合后僅為100μm左右。 在片材上形成負(fù)極層及固體電解質(zhì)層后可進(jìn)行A8～B5尺寸的試制 　　在新一代電池開發(fā)中心進(jìn)行電極層及電解質(zhì)層成膜后的樹脂片材，接下來被運(yùn)至三重縣產(chǎn)業(yè)支援中心先進(jìn)材料創(chuàng)新中心，組裝成片狀全固體鋰聚合物充電電池。試制室的露點(diǎn)濕度為30℃左右，在極力排除水分后形成了可試制電池的狀態(tài)。 　　從新一代電池開發(fā)中心運(yùn)抵的各片材首先會(huì)被裁切成所希望的尺寸。目前可試制的尺寸為BAA7及A8。這是由試制裝置的尺寸所決定的，但反過來說，如果能夠使用更大尺寸的裝置，還可實(shí)現(xiàn)超過B5的大尺寸片狀全固體鋰聚合物充電電池。 　　接著，將裁切好的片材置于真空狀態(tài)（）下進(jìn)行加熱（+80～+200℃），用大約8小時(shí)來排除各層中的水分。干燥后，將負(fù)極＋固體電解質(zhì)的片材與正極片材以固體電解質(zhì)層與正極層接合的狀態(tài)進(jìn)行粘合，并封裝到疊層內(nèi)。在真空狀態(tài)下（）對(duì)疊層周圍進(jìn)行壓接，最后對(duì)作為電池端子的電極進(jìn)行超聲波焊接，即可形成片狀電池。封裝到疊層后的電池厚度為450μm。 部分在先進(jìn)材料創(chuàng)新中心內(nèi)試制的設(shè)備制成的片狀電池另外，此次還在先進(jìn)材料創(chuàng)新中心對(duì)試制的電池進(jìn)行了放電特性等評(píng)測。 試制電池的評(píng)測裝置　　參與此次片狀全固體鋰聚合物充電電池開發(fā)的有三重縣產(chǎn)業(yè)支援中心，三重大學(xué)新一代電池開發(fā)中心、三重縣工業(yè)研究所、鈴鹿工業(yè)高等專業(yè)學(xué)校、金生興業(yè)（Kinseimatec）、KUREHA ELASTOMER、新神戶電機(jī)、凸版印刷及明成化學(xué)工業(yè)等。（記者：大久保 聰）印刷形成超薄可彎曲全固體鋰聚合物充電電池（下）：關(guān)鍵在于界面控制　三重縣產(chǎn)業(yè)支援中心等設(shè)想將目前正在開發(fā)的全固體鋰聚合物充電電池與太陽能電池、電子紙及柔性底板等大面積元件相結(jié)合。突出全固體鋰聚合物充電電池較薄且可在彎曲狀態(tài)下使用的特點(diǎn)。三重大學(xué)新一代電池開發(fā)中心、三重縣工業(yè)研究所、鈴鹿工業(yè)高等職業(yè)學(xué)校、金生興業(yè)（Kinseimatec）、KUREHA ELASTOMER、新神戶電機(jī)、凸