新日铁住金量产锂电池外壳及集电材料,利用不銹钢箔提高性能

新日鐵住金量產鋰電池外殼及集電材料 利用不銹鋼箔提高性新日鐵住金量產鋰電池外殼及集電材料 利用不銹鋼箔提高性 能能 在日本電池業 有一種材料突然間大受關注 那就是新日鐵住金材料公司開 發的不銹鋼箔 該公司在 2013 年 2 月 27 日 3 月 1 日于東京有明國際會展中 心舉行的 第四屆國際充電電池展 上公開該材料時 前來參觀的與會者人頭 鑽動 新日鐵住金材料在 第四屆國際充電電池展 上展示的 全不 銹鋼 電池 新材料可用於鋰離子充電電池及超級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脂膜的層壓材料 LAMINELIGHT 以及可用 於鋰離子充電電池正負極集電體的 高強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人員為首 大量電池技術人士紛紛 來到新日鐵住金材料的展臺 新日鐵住金材料預定 2015 年以後構築合計月產 100 噸的量產體制 其中 LAMINELIGHT 月產 30 噸 集電體用不銹鋼箔月產 70 噸 圖 1 電池和電容器的外裝材料採用不銹鋼箔 新日鐵住金材料已經開始銷售不銹鋼箔外裝材料 a 備有 以厚度為 15 150 m 的不銹鋼箔為基材的 4 個品種 b c 在 第四屆國際充電電池展 上展示了古河電池的 試製品 d a 由新日鐵住金材料拍攝 其中 LAMINELIGHT 的目標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度和剛性更高 所以承受外 部衝擊的能力更強 而且 相同厚度情況下 還能使內壓變化導致的電池膨脹 降至使用鋁箔時的 1 3 以下 此外 不銹鋼還具有很高的電氣化學穩定性 不會與電解液中的鋰離子發 生反應而變質 因此是一種密閉性出色的外裝材料 新日鐵住金材料已開始量 產 LAMINELIGHT 據說已有消費類產品用小型雙電層電容器將其用作外裝材料 LAMINELIGHT 的產品線有不銹鋼箔的厚度 基材厚度 為 15 150 m 黏合樹脂膜後的厚度 總厚度 為 51 212 m 的 4 個品種 此次在展臺上還展出了古河電池公司使用基材厚度為 100 m 總厚度為 162 m 的外殼材料試製的 10Ah 電池單元 最適合用於合金類負極最適合用於合金類負極 集電體用不銹鋼箔實現了比外裝材料更薄的 10 m 的厚度 目標是在鋰離 子充電電池的正極和負極都能作為集電體使用 圖 2 尤其是負極材料 目 前 負極使用可實現高容量化的矽合金的情況越來越多 矽合金與不銹鋼箔集 電體的組合是最理想的方式 圖 2 將高強度不銹鋼箔用於合金係負極材料的集電體 新日鐵住金材料計劃在合金係負極材料的集電體中採用不銹鋼 箔 採用高容量合金的話 可以減薄電極 能提高單位體積的 能量密度 照片為日本產業技術綜合研究所試製的負極材料 矽合金負極材料在充放電時的膨脹及縮小程度較大 會對集電體產生較大 的應力 因此需要使用比之前採用的銅箔的強度更高的材料 高強度銅箔的拉 伸強度為 800N mm2 而不銹鋼箔高達 1200N mm2 新日鐵住金材料還在展臺上公開了日本產業技術綜合研究所利用不銹鋼箔 試製的電池單元的試驗結果 圖 3 該試製單元的正極材料採用磷酸鐵鋰 LiFePO4 負極採用一氧化矽 SiO 充放電循環 2000 次後仍可維持初期 容量的 98 6 注 1 注 1 試製的電池單元因初次充放電的不可逆容量較大 所以在負極黏貼鋰箔 摻雜了鋰離子 圖 3 利用不銹鋼箔集電體試製電池單元 日本產業技術綜合研究所試製了正負極集電體均採用不銹鋼箔 的電池單元 正極採用 LiFePO4 負極採用 SiO 反覆充放電 2000 次後仍具備出色的循環特性 a 在 SiO 負極分別採用 不銹鋼箔和銅箔進行實驗 結果顯示 採用不銹鋼箔時不會產 生褶皺 而採用銅箔時產生了褶皺 出現容量劣化 圖由 日經電子 根據新日鐵住金材料的資料製作 在相同條件下使用銅箔時 SiO 的膨脹及縮小會導致銅箔產生褶皺 活性 物質會從電極脫落從而引發容量劣化 圖 3 b 而不銹鋼箔不會產生褶皺 不只是負極 估計正極也有望採用不銹鋼箔集電體 正極材料方面 為在 今後實現高容量化 正逐漸向著以更高電壓利用三元系和 Ni Mn 係材料的方向 發展 不銹鋼箔對鋰的電位在 0 4 5V 範圍內 電氣化學性較為穩定 因此也 可以用於正極 而且 不銹鋼箔比鋁箔的耐過放電性更強 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 因此很難用於 要求高輸出特性的鋰離子充電電池 不過 新日鐵住金