- 單元容量提高到1650mAh左右
- 放電曲線與原來相同
- 混合SiO-C復合體和石墨
日立麥克賽爾開發(fā)出了通過負極采用硅類材料，容量可比該公司原產品提高10％的鋰離子充電電池。首先將從2010年6月開始面向智能手機供貨方形單元。
“實用化花了10年時間”（日立麥克賽爾開發(fā)本部電池開發(fā)中心新一代鋰系電池組主任技師山田將之）。作為鋰離子充電電池實現高容量化的王牌一直備受關注的硅類負極材料終于實現了實用化。
日立麥克賽爾沒有公布單元容量，不過面向智能手機提供的方形單元（外形尺寸為4.9mm×42mm×61mm）為1500mAh，由此可以推斷新產品的單元容量提高到了1650mAh左右。日立麥克賽爾移動電池事業(yè)部市場開拓部部長巖本章自信地表示，在智能手機領域，“計劃獲得20～30％的市場份額”。
圖1：與原產品幾乎相同的放電曲線與原產品相比，將容量提高10％，同時將放電曲線設計為與原產品幾乎相同。圖由本站根據日立麥克賽爾的資料制作。
圖2：高輸出功率下的放電特性優(yōu)異新產品與原產品相比，在放電率較高時也能維持高容量，具有優(yōu)異的高輸出特性。圖由本站根據日立麥克賽爾的資料制作。
放電曲線與原來相同 新產品的最大特點是，具有與原有鋰離子充電電池幾乎相同的放電曲線，并且實現了高容量化（圖1）。由于充電電壓和工作電壓與原來的鋰離子充電電池相同，因此產品廠商無需改變產品的電源系統(tǒng)即可利用。
如果采用普通的硅類材料，與原來相比單元電壓會降低，因此需要通過降低終止電壓的方法來實現高容量化。為此，產品廠商需要使產品實現能以低電壓驅動的電源系統(tǒng)，這就需要大幅改變部件等的設計。另外，在智能手機等手機中，由于放大器等的效率較低，降低電壓還需要使用電阻。
市場迅速擴大的智能手機因其大屏幕多功能而導致耗電量增加，用戶對于電池經常沒電意見較大。迅速提高電池容量的需求越來越高。日立麥克賽爾無需改變電源系統(tǒng)的新產品正好滿足了這種需求。該公司為了與原來的鋰離子充電電池實現相同的充電電壓和工作電壓，還改進了正極材料和電解液。
新產品不但容量大，大電流下的充放電特性也十分出色。充電時間可比原產品縮短約30％。放電方面，即使在2.5C的放電率下容量也不會降低，可用于高輸出產品（圖2）注1）。
注1） 1C表示1小時的充放電。例如，1650mAh單元的2.5C放電率以約4A的電流放電。
混合SiO-C復合體和石墨
此次的負極材料混合了硅類材料和石墨。本來，硅與原產品中使用的石墨相比，理論上單位重量的容量可提高至約10倍。但由于體積受充放電影響的變化較大，電極構造會受到破壞，因此充放電循環(huán)壽命較短，此前很難實現實用化。
日立麥克賽爾在非晶SiO2內分散了粒徑僅為3nm左右的硅。另外，為提高導電性，采用了利用碳包覆SiO2的SiO-C復合體（圖3）。實際上，SiO-C復合體隨著初期充電，非晶SiO2會變成鋰與硅的化合物硅酸鋰，具有鋰離子的傳導性，可在SiO-C復合體內的硅中脫插鋰離子。
圖3：混合SiO-C復合體和石墨
負極采用日立麥克賽爾量產的硅類材料的單元混合了SiO-C復合體和石墨（a）。SiO-C將nm級的硅分散到非晶SiO2的構造體內（b）。圖由本站根據日立麥克賽爾的資料制作。 硅在充電后變成Li4.4Si，放電后又復原為硅。充放電導致的體積膨脹及縮小可利用SiO-C復合體緩解，即使反復充放電“硅也不會出現裂紋”（日立麥克賽爾的山田）。因此，實現了與原產品相同的充放電循環(huán)壽命。
負極材料的容量方面，與僅使用石墨時相比，此次單位重量的容量約增加20％。SiO-C的含量目前還不太高，預計今后通過增加其含量可實現高容量化。價格方面，由于無需改變單元的制造工序，如果容量相同，價格便可與原產品大致相同。
今后，日立麥克賽爾計劃除了高容量產品外，在方形單元通用產品的負極材料中也混合SiO-C。該公司的方針是，在減少通用產品高價正極材料的用量以降低成本的同時，采用此次的負極材料保持容量
