李國華：采用無定型LixMyPOz正極材料的全固態(tài)薄膜電池
圖為日本索尼公司李國華博士
李國華：大家好，我是來自日本索尼公司的李國華，咱們今天的聽眾是中國人居多，所以我會用中文講。
今天我代表我們公司的幾位同事介紹一下我們做的固態(tài)薄膜電池的工作。
這個我想講了，大家都是行家，關(guān)于固態(tài)電池，還很不成熟，講起它的優(yōu)點、缺點的話肯定會3天3夜都講不完，所以就不講了。
講一下我們公司固態(tài)電池的特點，我們可以用低溫做，可以做在樹脂的極板上，還可以彎曲。
這個特點就是，經(jīng)常可以看到的，用鈷酸鋰也好，錳酸鋰也好，加一個電解質(zhì)，像一個三明治一樣的東西。我們這些東西是用低溫成膜法做的，通過衍射，我們可以看到它是沒有結(jié)晶的表征的。
我們以前用過很多方式去進行測試，比如說鎳、銅、錳等等，才到了今天這樣一個地步。
這個電池的制作也并不是很復(fù)雜，就是用刺孔建設(shè)法，先把正極打一個底，把負極的急流體弄成一層薄膜，然后再封口。
這里面有一點，是關(guān)于固態(tài)電池能量計算的，大家有很多的爭議，因為還沒有很成熟的辦法，這個厚度是可以測量的，我們用這個密度，經(jīng)過一種X射線反射法測試出膜的密度，然后推算出它的質(zhì)量，然后算出它的比容量。
下面講一下正極的特性。我們嘗試的很多金屬，像這種銀，它從原子結(jié)構(gòu)來講是一維的，或者像銅，相當(dāng)于是一個二維結(jié)構(gòu)，像這種東西，局部的電子構(gòu)造受到了限制，而這個過渡金屬，像錳、鎳的定位就要高一些。
在我們測試的情況下，錳的最高，其次是鎳、鈷。我們曾經(jīng)嘗試了很多金屬不同的種類，到目前為止，我們所研究的對象當(dāng)中是鎳、碄這個體系，從容量、電壓等等綜合的特性是最好的。這個體系從結(jié)構(gòu)來講是非晶的。
我們優(yōu)化完的組成，分析完大概是這樣的。這個數(shù)字準(zhǔn)嗎？也不準(zhǔn)，這是一個推算的值。
這里面講的是材料的特性，這是我們剛才講的最優(yōu)化的鋰、鎳、碄、氧這個體系。
我們現(xiàn)在做出來的這個最好的結(jié)果，按克容量來算是300毫安時，電壓是3.1伏，膜的密度是3.4。這個大家可能覺得比鈷酸鋰要低一些，鈷酸鋰是5.1，我們在工業(yè)上可以做到3.9、4.0，甚至做到4.1的也有。
電池的特性，為什么要做薄膜電池、要做固態(tài)電池？也是因為種種的理由，現(xiàn)在有一個特殊的特性就是它可以快充。我們可以用30C來充電，也就是說2分鐘就可以充電完成，因為很薄，厚了就做不到了，因為薄就有這樣一個特性。很多東西都是一長一短造成的。
很典型的一個特征，隨著倍率的增高，電池的容量篩減主要是來源于正極的擴散部分，而并非負極的。這個界面也很重要，怎么改善界面，這也是一個很大的課題。
循環(huán)特性來講，你說這個很好！恐怕也說不上，但是也沒有很差，我們公司做的磷酸鐵鋰電池現(xiàn)在可以達到8000的循環(huán)速率，作為薄膜電池來講，這并不算是一個很差的結(jié)果。
我們講講問題。問題有很多，今天我只講兩點，一點是這個電池有一個致命的缺陷，是什么？它自放電。這個電池充滿之后立即放電的話是這條藍線，這條紅線是放了4個小時之后的，這個容量大概只有6層左右。
你這個電池好使嗎？你充完了之后就得趕緊用，不用的話這個電就沒有了，這確實也是一個問題。
這個電池它會發(fā)生形狀的改變，充電會膨脹，固態(tài)界面和業(yè)態(tài)或者是高分子界面是不太一樣的，它會膨脹、收縮。
我們從上面看這個小窗，最初是一個很平的狀態(tài)，你一充一放就出現(xiàn)了皺紋。這是一個缺陷。
我簡單的匯總一下，要點有兩點，一個是對不同的金屬進行選擇優(yōu)化，最好的就是這個鎳，用鎳和磷酸鹽構(gòu)成的一個非晶正極，按克容量來算可以達到330。
問題主要是一個自放電問題，一個是成膜。大家都知道，薄膜工藝從大規(guī)模生產(chǎn)、成本等等，還有很多的問題。
我們也期待著將來，不光是我們，整個工業(yè)界和學(xué)術(shù)界共同來努力。謝謝大家！
提問：李老師，感謝您非常精彩的演講，今天也看了鋰鎳的一個材料具有一個很好的和平性能，這個材料的理論容量到底有多高？
李國華：這個問題太難了。這個體系是一個非晶體系，不像我們的結(jié)晶系。
提問：是轉(zhuǎn)化反應(yīng)原理嗎？
李國華：是一個氧化還原反應(yīng)為主的，它不像鈷酸鋰一樣。我不知道大學(xué)的教授們有沒有什么好的主意，怎么算這種系統(tǒng)的理論容量。
提問：達到這么大的放電容量的情況下，正極的體積變化有多大？
李國華：沒有在線測量過。最后演示的那個，從出皺紋這個來看，也不是很小，因為已經(jīng)可以看到起皺紋了，但是沒有在線測量過。
提問：國華想到了用非晶態(tài)的電極去做，像石墨碳和非晶態(tài)的碳就不一樣，這個工作做得不錯，我在這里有一個評價，這種做法是有道理的，你把固態(tài)電解質(zhì)做成薄膜電池確實也是可行的，過去很多的文章都發(fā)表了，很多的專利也發(fā)表了。
剛才也提問的很好，對于固態(tài)電解質(zhì)你去講它的能量密度的時候，可能有一點天方夜譚，你真的做成薄膜，你可以去推算，但是推算的結(jié)果你是做不成大電池的。
提問：李博士您好，我想請教一個問題，我看了您這個報告，我感覺您說的這個薄膜電池很高的自放電的問題，是不是由于您這個固體電解質(zhì)只做到了500個納米的關(guān)系？
李國華：如果再做厚一些就會好一些嗎？
提問：對，楊博士原來也是用這個淡化的磷酸鋰來做的，一般來說，包括我以前也做過這方面的工作，感覺固體電解質(zhì)好像做到500個納米是不是可能不足以能夠完全的隔絕正負極？
李國華：謝謝，這是一個很好的建議，也可能厚一點也會有一些改善。
主持人：還有足夠的時間可以問一些問題，不知道還有沒有其他人想問問題？
提問：問一個比較實際的問題，鋰金屬電極這一塊可以用到多厚？
李國華：我們這個過程中沒有使用到鋰金屬電極，我們使用的是銅和鈦的，在正極上充電，然后拿到負極上去。
提問：會不會發(fā)生晶化？
李國華：晶化現(xiàn)象倒沒有，坦率地講，這個測試的手段還不是很充足，尤其是在線觀測的話還是比較難的。
提問：自放電是可以恢復(fù)的？
李國華：短路是有可能的。
提問：在液體電池里面純金屬電極是有安全問題的，在薄膜電池里面，如果薄膜電池循環(huán)了100次、1000次，你可以看到負極這邊的鋰是什么形狀嗎，你們做過研究嗎？
李國華：這個還沒有。
提問：我問的是循環(huán)壽命對后面的影響是怎么樣的。
提問：你要一直循環(huán)沒有問題，你放在那兒，放的時間太長了就死了。
提問：李博士，這個報告非常好，可能將來固態(tài)電池薄膜是一個方向，另外一個，圍繞電池還要走其他的技術(shù)路線，在高電壓體系方面，可能要借鑒一下半導(dǎo)體這些方面的理論，自放電的特性是不是說和它的電壓高有一定的關(guān)系？
李國華：有可能，如果有磷酸鐵鋰來做的話這個性能就會好一些，界面的氧化還是有問題的。
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