NanoST版 - 轰动的新电池“battenice”：具有锂电池没有的特性 |
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发帖数: 1651 | 1 轰动的新电池“battenice”：具有锂电池没有的特性
日本Micronics Japan公司与Guala Technology公司（总部：神户市）共同开发
出了新原理充电电池“battenice”的量产技术。这种电池不同于化学电池，而属于采
用量子技术的物理电池。用两节串联的5号干电池给试制的100mm见方、厚11μm的片状
电池充电大约1分钟，就可供小型马达驱动风扇1分钟以上。并且，风扇的转速基本为定
数，放电特性象化学电池那样可保持一定的电压，而不是象双电层电容器那样电压会随
着放电成比例下降。
Micronics Japan公司认为，battenice可实现1.5V电压，500Wh/L能量密度，
8000W/L的输出功率密度，充放电寿命（维持在初期容量的90％以上时）为10万次
，工作温度范围-25～+85℃。试制品采用厚10μm的不锈钢箔作基板，只在基板的一面
形成了电池层，今后将考虑采用更薄更轻的铝箔作基板并在基板两面形成电池层来实现
上述目标。
这种新型电池是采用由绝缘膜（绝缘性树脂或无机绝缘物）包裹的n型金属氧化物
半导体〔如二氧化钛（TiO2）、二氧化锡（SnO2）、氧化锌（ZnO）等〕的微粒子作为
充电层制成的。在制造过程中，通过在某种条件下向该充电层照射紫外线，n型金属氧
化物半导体的带隙（价带与导带之间的宽度）内便可形成很多新的能级。充电时电子进
入这些能级，而放电时这些能级中的电子便释放出来，从而起到充电电池的作用。
能量密度虽比不上锂电池……
据Micronics Japan公司介绍，新型电池具有以下优点：（1）全固体构造，无需担
心漏液；（2）因不使用可燃性材料，无需担心过热起火；（3）不使用稀有金属和稀土
材料，无需担心资源短缺；（4）不使用环境负荷高的物质，
有利于环保；（5）充放电寿命长（加速试验已证实可充放电1万次以上，现正以10
万次为目标开发），有利于减少废弃物；（6）输出功率密度与电容器比肩，等等。
那么，这种新型电池能不能取代锂离子充电电池呢？关于这一点目前认为还不能一
概而论。因为这种电池每个电极的能量密度比不上高性能锂离子充电电池，并且如果没
有技术性突破，能量密度很难大幅提高。
现在的消费类锂离子充电电池，圆柱型电池“18650”的能量密度已超过650Wh/L。
而这种新型电池的初期产品目标是500Wh/L；新型电池目前在一块基板上能够形成的充
电层限定于薄膜状，并且最多只能形成2层（在基板的两面上形成）。如果增加充电层
的厚度，或通过电极等来推进充电层的多层化，则很难维持由紫外线照射而使之拥有的
充放电功能在充电层厚度方向上的一致性。所以目前在一个基板上形成厚充电层或者在
单面上形成多层充电层还很难，所以将首
先在基板上形成双面充电层，然后再叠加多块这样的基板的方法来增大容量和提高
输出电压。
试制品已在厚10μm的不锈钢箔上形成了厚1μm的电池层，下一步准备将基板换成
厚度不到10μm的铝箔且在两面形成电池层，以实现500Wh/L的能量密度。如果能将基板
厚度做得大大低于充电层，就有可能大幅提高功率密度，但这会碰到基板难以操作的课
题。
期待形成新市场
新型电池与锂离子充电电池相比，具有以下几个优点：输出功率密度非常高、无需
担心因漏液和过热而起火、无需担心资源枯竭、充放电寿命长等。可以考虑利用这些优
点，找到与锂离子充电电池不同的有效用途。因此，希望新型电池不仅可以象原来那样
层叠起来做成块状电池使用，还可以利用薄片状的特点，应用于可穿戴设备，以及与薄
膜太阳能电池结合起来，作为基板内置电池等柔性薄膜电池使用，以期形成新的市场。
Micronics Japan公司除上述试制品外，还试制出了300mm见方、厚11μm的片状电
池（电池层为单面）以及由32张100mm见方、厚11μm（电池层为单面）的片状电池重叠
而成的电池试制品。计划2014年内供货样品，用于开发用途。
新型电池的制造技术未公开，不过根据Guala Technology公司申请的专利（
WO2012046325A1）可以推测采用了如下的制造方法。首先，在基板上按照先〔掺锡氧化
铟（ITO）〕后n型金属氧化物半导体层（TiO2）的顺序，溅射形成负电极。 接着，
将脂肪酸钛、硅油和溶剂混合搅拌后旋涂到TiO2层上。在50℃下干燥10分钟，再在300
～400℃下焙烧10分钟～1个小时。由此分解脂肪酸钛，形成由硅包裹的TiO2微粒子层。
再以20mW/cm2的强度照射波长为254nm的
紫外线大约40分钟，以在TiO2的带隙内形成很多有助于充放电的新能级。p型金属
氧化物半导体（NiO）和正电极以溅射形成。电极也可以采用金属电极（铜、铜合金、
镍、铝、银、金、锌、锡等）。除溅射外，还可考虑离子镀、电子束蒸
镀、真空蒸镀、化学蒸镀、电解镀金法、无电解镀金法等形成方法。这些制造方法
都写入了专利，估计实际应用时还会用更有效的量产技术。
Micronics Japan公司表示，这种电池可以卷对卷制造。并且，无需化学电池所需
的1～2周老化工艺。如果利用这种高量产性，可以量产多种外形尺寸，还可通过在卷上
实施串联或并联，应对输出电压多样化的需求。
基板能否使用树脂这一点还不明确。不过，Micronics Japan公司表示“专利上写
着焙烧温度为300～400度（摄氏度），而实际上我们正在努力降低焙烧温度”。
Micronics Japan公司将参加“第5届（国际）充电电池展”（2014年2月26～28日
，东京有明国际会展中心），届时将播放新型电池的演示视频等。（记者：狩集浩志、
富冈恒宪，NikkeiTechnology）
日经BP社 http://china.nikkeibp.com.cn/news/elec/69600.html?start=2 |
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