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極材料的一氧化硅(SiO)。該公司2012年開發(fā)出了負極材料用SiO，同年8月建成試產(chǎn)工廠，開始向部分用戶樣品供貨。

大阪鈦業(yè)科技認為智能手機和平板電腦等便攜終端用鋰離子充電電池將進一步高容量化，因此決定開展業(yè)務(wù)。

便攜終端用鋰離子充電電池的負極材料目前使用石墨，石墨的理論容量為372mAh/g，目前實際已達到360mAh/g左右，基本接近極限。作為新一代負極材料，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重，壽命是一大課題。

大阪鈦業(yè)科技的負極材料的特點在于，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)

如果利用具有結(jié)晶性的SiO，充電時結(jié)晶部分會集中產(chǎn)生鋰化合物，隨著充放電的進行，會局部產(chǎn)生膨脹和收縮，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)部很難產(chǎn)生局部膨脹和收縮，能實現(xiàn)長壽命化。

該公司的SiO負極容量為1700～1800mAh/g，是石墨的約5倍(圖2)。電池廠商和外部機構(gòu)已經(jīng)實施了評測，由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所實施的試驗顯示，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：可實現(xiàn)石墨5倍的容量

SiO與石墨相比，負極容量可擴大至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)的電池單元實施了多種試驗(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。

●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)科技負極材料的電池單元實施了評測。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，要想采用硅負極擴大容量，需要擴大電池的使用電壓范圍。為此，便攜終端用電池的終止電壓需要降低0.5V左右，便攜終端一側(cè)的各電子部件的驅(qū)動電壓需要進行相應(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，負極形成鋰化合物，從而會導(dǎo)致產(chǎn)生大量與充放電無關(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，正極電極會比負極厚很多。

當然也可以考慮像鋰離子電容器那樣提前在負極放入鋰箔的“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時間短這一課題的消費者呼聲高漲，為擴大電池容量，電池廠商已開始考慮采用SiO。