李國華：采用無定型LixMyPOz正極材料的全固態薄膜電池
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薄膜電池的工作。
這個我想講了，大家都是行家，關于固態電池，還很不成熟，講起它的優點、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，經常可以看到的，用鈷酸鋰也好，錳酸鋰也好，加一個電解質，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雜，就是用刺孔建設法，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，是關于固態電池能量計算的，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，經過一種X射線反射法測試出膜的密度，然后推算出它的質量，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，它從原子結構來講是一維的，或者像銅，相當于是一個二維結構，像這種東西，局部的電子構造受到了限制，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。這個體系從結構來講是非晶的。
我們優化完的組成，分析完大概是這樣的。這個數字準嗎？也不準，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化的鋰、鎳、碄、氧這個體系。
我們現在做出來的這個最好的結果，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、要做固態電池？也是因為種種的理由，現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在可以達到8000的循環速率，作為薄膜電池來講，這并不算是一個很差的結果。
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。
這個電池它會發生形狀的改變，充電會膨脹，固態界面和業態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，你一充一放就出現了皺紋。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化，最好的就是這個鎳，用鎳和磷酸鹽構成的一個非晶正極，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，薄膜工藝從大規模生產、成本等等，還有很多的問題。
我們也期待著將來，不光是我們，整個工業界和學術界共同來努力。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，不像我們的結晶系。
提問：是轉化反應原理嗎？
李國華：是一個氧化還原反應為主的，它不像鈷酸鋰一樣。我不知道大學的教授們有沒有什么好的主意，怎么算這種系統的理論容量。
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的電極去做，像石墨碳和非晶態的碳就不一樣，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，你把固態電解質做成薄膜電池確實也是可行的，過去很多的文章都發表了，很多的專利也發表了。
剛才也提問的很好，對于固態電解質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只做到了500個納米的關系？
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：會不會發生晶化？
李國華：晶化現象倒沒有，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：我問的是循環壽命對后面的影響是怎么樣的。
提問：你要一直循環沒有問題，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路線，在高電壓體系方面，可能要借鑒一下半導體這些方面的理論，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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