大阪鈦業(yè)科技公司已開始量產(chǎn)銷售作為鋰離子充電電池高容量負(fù)極材料的一氧化硅(SiO)。該公司2012年開發(fā)出了負(fù)極材料用SiO，同年八月建成試產(chǎn)廠，開始向部分用戶樣品供貨。

大阪鈦業(yè)科技認(rèn)為智能手機(jī)和平板電腦等便攜終端用鋰離子充電電池將進(jìn)一步高容量化，因此決定開展業(yè)務(wù)。

便攜終端用鋰離子充電電池的負(fù)極材料目前使用石墨，石墨的理論容量為372mAh/g，目前實(shí)際已達(dá)到360mAh/g左右，基本接近極限。作為新一代負(fù)極材料，硅和硅合金等硅材料的使用備受期待，不過硅材料充放電時的膨脹和收縮嚴(yán)重，壽命是一大課題。

大阪鈦業(yè)科技的負(fù)極材料的特點(diǎn)在于，采用了保持非晶構(gòu)造的SiO。SiO本身沒有導(dǎo)電性，所以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)法在SiO粒子周圍形成了碳涂層(圖1)。

大阪鈦業(yè)科技公司的負(fù)極材料用碳膜(碳涂層)包覆了非晶構(gòu)造的SiO粒子(a)。通過保持非晶構(gòu)造，充放電時不容易出現(xiàn)局部膨脹和收縮(b)。(圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)大阪鈦業(yè)科技公司的資料制作)

過針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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假如利用具有結(jié)晶性的SiO，充電時結(jié)晶部分會集中出現(xiàn)鋰化合物，隨著充放電的進(jìn)行，會局部出現(xiàn)膨脹和收縮，從而破壞粒子。而該公司的SiO沒有結(jié)晶序列，所以粒子內(nèi)部很難出現(xiàn)局部膨脹和收縮，能實(shí)現(xiàn)長壽命化。

該公司的SiO負(fù)極容量為1700～1800mAh/g，是石墨的約5倍(圖2)。電池廠商和外部機(jī)構(gòu)已經(jīng)執(zhí)行了評測，由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所執(zhí)行的試驗顯示，充放電循環(huán)特性和溫度特性均獲得了良好的結(jié)果。

圖2：可實(shí)現(xiàn)石墨5倍的容量

SiO與石墨相比，負(fù)極容量可擴(kuò)大至5倍。(圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)大阪鈦業(yè)科技公司的資料制作)

日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所利用正極材料組合使用磷酸鐵鋰(LiFePO4)的電池單元執(zhí)行了多種試驗(圖3)。結(jié)果顯示，在60℃的環(huán)境下，10C(6分鐘充電/6分鐘放電)的充放電循環(huán)特性在循環(huán)2700次后與循環(huán)100次后相比，保持了97.5%的容量。溫度特性方面，可在-30℃～120℃之間利用，-30℃下也能放電58%以上的容量。

無人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備

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●圖3：壽命和溫度特性也很出色

日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所對采用大阪鈦業(yè)科技負(fù)極材料的電池單元執(zhí)行了評測。正極材料組合使用LiFePO4的電池單元在充放電循環(huán)2700次后的容量維持率與循環(huán)100次后相比，獲得了97.5%的出色結(jié)果(a)。溫度特性方面，可在-30℃～120℃的范圍內(nèi)利用(b)。(圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的資料制作)

還存在電壓降低和庫侖效率的課題

SiO雖然顯示出了良好的結(jié)果，但用于便攜終端等還存在兩大課題。第一，要想采用硅負(fù)極擴(kuò)大容量，要擴(kuò)大電池的使用電壓范圍。為此，便攜終端用電池的終止電壓要降低0.5V左右，便攜終端一側(cè)的各電子部件的驅(qū)動電壓要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

第二，初始充放電效率低，石墨為90%以上，而SiO還不到80%。因為SiO在初次充電時，負(fù)極形成鋰化合物，從而會導(dǎo)致出現(xiàn)大量與充放電無關(guān)的鋰。作為解決對策，一般采用通過正極材料的鋰氧化物補(bǔ)償鋰的方法，但正極材料的容量只有SiO的1/10，所以形成電池時，正極電極會比負(fù)極厚很多。

當(dāng)然也可以考慮像鋰離子電容器那樣提前在負(fù)極放入鋰箔的預(yù)摻雜等方法，不過電池廠商需導(dǎo)入新的制造工序，成本負(fù)擔(dān)較大。雖然存在這些課題，但要求解決便攜終端電池待機(jī)時間短這一課題的消費(fèi)者呼聲高漲，為擴(kuò)大電池容量，電池廠商已開始考慮采用SiO。