三重县产业支援中心等设想将目前正在开发的全固体锂聚合物充电电池与太阳能电池、电子纸及柔性底板等大面积元件相结合。突出全固体锂聚合物充电电池较薄且可在弯曲状态下使用的特点。三重大学新一代电池开发中心、三重县工业研究所、铃鹿工业高等职业学校、金生兴业(Kinseimatec)、KUREHA ELASTOMER、新神户电机、凸版印刷及明成化学工业等都参与了该全固体锂聚合物充电电池的开发()。三重大学研究生院教授兼新一代电池开发中心主任武田保雄担当了主要技术开发。日前武田就全固体锂聚合物充电电池的开发目的等接受了记者的采访。(采访人:大久保 聪)
――请介绍一下实现全固体锂聚合物充电电池的关键点。
武田:全固体锂聚合物充电电池的特性取决于是否能够顺利进行电极与电解质的界面控制。我们开发出了能够在纳米级别上控制数μm厚的电极膜及电解质膜的基础技术。在采用该技术的同时,还努力实现了电池的大面积化和超薄化。另外,还打算通过层叠方式实现多层化。如果能够顺利进行界面控制,就会使多层化顺利实现。
多层化是全固体锂聚合物充电电池非常重要的目标。因为本来就很薄,所以即便层叠起来,电池也不会太厚。目前,处于试制阶段的片状全固体锂聚合物充电电池的厚度还不到500μm。这是因为叠层(Laminate)较厚的缘故。不算叠层,厚度仅为100μm。现在,叠层使用的是普通产品,如果使用专用品,片材会变得更薄。
――此前使用聚合物类固体电解质的电池一直存在无法在低温下使用的问题。但此次的全固体锂聚合物充电电池,可在0℃下工作。是通过什么方法,使其能够在低温下工作的?
武田:我们实现了即使固体电解质、正极层及负极层均处于低温环境条件下,各层内的分子间距离不易缩小的特性。这样,锂离子便能在各层间轻松移动,从而可在低于室温时驱动。固体电解质方面,我们在聚环氧乙烷(Polyethylene Oxide)类高分子材料中混入了交联材料,在电子射线照射下,通过交联材料使电极层内的高分子连接在一起,因此,即使在低温条件下,分子间距离也不易缩短。我们还分别在正极层和负极层中加入了高分子材料,通过电子线照射使其交联。
――关于刚才介绍的关键点——界面控制,请介绍一下具体的改进点。
武田:正负极与电解质的界面非常重要。如果不采取任何措施,就会在界面上形成各种中间层,对电池运行造成不良影响。我们在电解质材料中混入了添加剂(高分子材料),即使形成中间层也不会出现问题。电解质的详情不便公开,不过对固体电解质使用的聚环氧乙烷类高分子材料进行了改进。
说到全固体电池,很早以前人们就开始探讨固体电解质采用硫(S)类元素的方法。使用硫类元素的全固体电池存在的问题是,电极与固体电解质的界面为点接触状态。这样,界面上的电阻就比较大,无法取出充分的电力。与之相比,聚合物的优点是具有柔性。
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