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材料人
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【ZT】新日鐵住金 量產(chǎn)鋰電池外殼及集電材料，利用不銹鋼箔提高性能 已有3人參與
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在日本電池業(yè)，有一種材料突然間大受關(guān)注，那就是新日鐵住金材料公司開(kāi)發(fā)的不銹鋼箔。該公司在2013年2月27日～3月1日于東京有明國(guó)際會(huì)展中心舉行的“第四屆國(guó)際充電電池展”上公開(kāi)該材料時(shí)，前來(lái)參觀的與會(huì)者人頭攢動(dòng)。 圖 新日鐵住金材料在“第四屆國(guó)際充電電池展”上展示的“全不銹鋼”電池。 新材料可用于鋰離子充電電池及超級(jí)電容器等的外殼和集電體，具體有兩款，分別為在不銹鋼箔上貼合樹(shù)脂膜的層壓材料“LAMINELIGHT”，以及可用于鋰離子充電電池正負(fù)極集電體的“高強(qiáng)度極薄壓延不銹鋼箔”。為了了解這些材料的具體情況，以各大汽車廠商的技術(shù)人員為首，大量電池技術(shù)人士紛紛來(lái)到新日鐵住金材料的展臺(tái)。新日鐵住金材料預(yù)定2015年以后構(gòu)筑合計(jì)月產(chǎn)100噸的量產(chǎn)體制，其中LAMINELIGHT月產(chǎn)30噸、集電體用不銹鋼箔月產(chǎn)70噸。 圖1：電池和電容器的外裝材料采用不銹鋼箔 新日鐵住金材料已經(jīng)開(kāi)始銷售不銹鋼箔外裝材料（a）。備有以厚度為15μ～150μm的不銹鋼箔為基材的4個(gè)品種（b、c）。在“第四屆國(guó)際充電電池展”上展示了古河電池的試制品（d）。（（a）由新日鐵住金材料拍攝） 其中，LAMINELIGHT的目標(biāo)是取代鋁殼方型電池單元以及使用鋁箔的層壓型電池單元的外殼材料。不銹鋼與鋁合金相比強(qiáng)度和剛性更高，所以承受外部沖擊的能力更強(qiáng)。而且，相同厚度情況下，還能使內(nèi)壓變化導(dǎo)致的電池膨脹降至使用鋁箔時(shí)的1/3以下。 此外，不銹鋼還具有很高的電氣化學(xué)穩(wěn)定性，不會(huì)與電解液中的鋰離子發(fā)生反應(yīng)而變質(zhì)，因此是一種密閉性出色的外裝材料。新日鐵住金材料已開(kāi)始量產(chǎn)LAMINELIGHT，據(jù)說(shuō)已有消費(fèi)類產(chǎn)品用小型雙電層電容器將其用作外裝材料。 LAMINELIGHT的產(chǎn)品線有不銹鋼箔的厚度（基材厚度）為15μ～150μm、粘合樹(shù)脂膜后的厚度（總厚度）為51μ～212μm的4個(gè)品種。此次在展臺(tái)上還展出了古河電池公司使用基材厚度為100μm（總厚度為162μm）的外殼材料試制的10Ah電池單元。 最適合用于合金類負(fù)極 集電體用不銹鋼箔實(shí)現(xiàn)了比外裝材料更薄的10μm的厚度。目標(biāo)是在鋰離子充電電池的正極和負(fù)極都能作為集電體使用（圖2）。尤其是負(fù)極材料，目前，負(fù)極使用可實(shí)現(xiàn)高容量化的硅合金的情況越來(lái)越多，硅合金與不銹鋼箔集電體的組合是最理想的方式。 圖2：將高強(qiáng)度不銹鋼箔用于合金系負(fù)極材料的集電體 新日鐵住金材料計(jì)劃在合金系負(fù)極材料的集電體中采用不銹鋼箔。采用高容量合金的話，可以減薄電極，能提高單位體積的能量密度。（照片為日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所試制的負(fù)極材料） 硅合金負(fù)極材料在充放電時(shí)的膨脹及縮小程度較大，會(huì)對(duì)集電體產(chǎn)生較大的應(yīng)力，因此需要使用比之前采用的銅箔的強(qiáng)度更高的材料。高強(qiáng)度銅箔的拉伸強(qiáng)度為800N/mm2，而不銹鋼箔高達(dá)1200N/mm2。 新日鐵住金材料還在展臺(tái)上公開(kāi)了日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所利用不銹鋼箔試制的電池單元的試驗(yàn)結(jié)果（圖3）。該試制單元的正極材料采用磷酸鐵鋰（LiFePO4），負(fù)極采用一氧化硅（SiO），充放電循環(huán)2000次后仍可維持初期容量的98.6％注1）。 注1） 試制的電池單元因初次充放電的不可逆容量較大，所以在負(fù)極粘貼鋰箔，摻雜了鋰離子。 圖3：利用不銹鋼箔集電體試制電池單元 日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所試制了正負(fù)極集電體均采用不銹鋼箔的電池單元，正極采用LiFePO4，負(fù)極采用SiO，反復(fù)充放電2000次后仍具備出色的循環(huán)特性（a）。在SiO負(fù)極分別采用不銹鋼箔和銅箔進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，采用不銹鋼箔時(shí)不會(huì)產(chǎn)生褶皺，而采用銅箔時(shí)產(chǎn)生了褶皺，出現(xiàn)容量劣化。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)新日鐵住金材料的資料制作） 在相同條件下使用銅箔時(shí)，SiO的膨脹及縮小會(huì)導(dǎo)致銅箔產(chǎn)生褶皺，活性物質(zhì)會(huì)從電極脫落從而引發(fā)容量劣化（圖3（b））。而不銹鋼箔不會(huì)產(chǎn)生褶皺。 不只是負(fù)極，估計(jì)正極也有望采用不銹鋼箔集電體。正極材料方面，為在今后實(shí)現(xiàn)高容量化，正逐漸向著以更高電壓利用三元系和Ni-Mn系材料的方向發(fā)展。不銹鋼箔對(duì)鋰的電位在0～4.5V范圍內(nèi)，電氣化學(xué)性較為穩(wěn)定，因此也可以用于正極。而且，不銹鋼箔比鋁箔的耐過(guò)放電性更強(qiáng)，在1V以下。 不銹鋼箔也存在課題，那就是與鋁箔和銅箔相比電阻較大，因此很難用于要求高輸出特性的鋰離子充電電池。不過(guò)，新日鐵住金材料認(rèn)為，通常作為導(dǎo)電劑導(dǎo)入電極的“乙炔黑”具有非常大的電阻，因此輸出特性方面的課題就在于導(dǎo)電劑。而且，不銹鋼箔還可進(jìn)行鍍鎳及鍍鋁處理，因此在降低電阻方面也有辦法來(lái)改善。（記者：狩集浩志，《日經(jīng)電子》） [ Last edited by comma on 2013-3-22 at 12:45 ] |
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