积水化学刷新太阳能电池和锂电池制造方式

“打算以单元的形式开展锂离子充电电池和染料敏化太阳能电池业务”(积水化学工业常务执行董事、研发中心所长上之山智史)。

积水化学工业在2013年12月3日召开的新闻发布会上宣布，将涉足锂离子充电电池和染料敏化太阳能电池业务。利用在高功能薄膜材料领域积累的技术，可大幅提高充电电池和太阳能电池的单元生产效率。由此，积水化学不但提供自己擅长的材料，还将直接参与电池单元的制造。

锂离子充电电池计划从2014年夏开始样品供货，2015年度全面上市。染料敏化太阳能电池也打算在2015年推向市场。

容量扩大3倍，同时提高安全性

积水化学打算涉足的锂离子充电电池是容量约为目前3倍的层压型单元(图1)注1)。该公司在新闻发布会上展示了容量约为40Ah的大型层压型单元。能量密度方面，以电压为3.7V，容量为2.9Ah的层压型单元为例，单位体积的能量密度达到900Wh/L，单位重量达到340Wh/kg。

注1)此次的工艺技术是新能源产业技术综合开发机构(NEDO)实施的“锂离子电池应用及实用化尖端技术开发业务”的研究成果。

积水化学开发出了可利用涂布工序制造的锂离子充电电池(a)。试制的层压型单元实现了900Wh/L的能量密度。

图1

为增加容量，电池的负极采用硅类材料。积水化学独自开发出了在硅和硅氧化物中加入导电用碳材料的负极材料。硅类负极材料在充放电时会大幅膨胀和收缩，难以长寿命化。据积水化学介绍，通过把能量密度限制在提高3倍左右，提高了充放电循环特性注2)。该公司没有介绍具体的充放电循环特性，不过该公司表示，在消费类产品用途可以放心使用。

注2)采用硅的话，负极容量可以比原来提高约10倍，采用硅氧化物SiO可以提高约5倍。

积水化学计划把该公司的锂离子充电电池用于车载用途，今后预定向汽车厂商供货样品进行评测。另外，正极材料采用Li(Ni-Mn-Co)O2，即三元系材料。

除负极材料外，另一个比较有特点的是，为提高生产效率和安全性，开发出提高了离子导电度的凝胶电解质。在室温下实现了比以往的凝胶电解质高一位数的10-3S/cm级离子导电度。

通过采用凝胶电解质而非有机电解液，消除了液体泄漏的情况，安全性得到提高。而且，原来的有机电解液在制造电池单元时，需要在真空状态下注入液体，而凝胶电解质只需在电极板上涂布即可。由此，电池单元全部可以通过连续处理制造，生产效率可提高至原工序的10倍。通过提高生产效率，预计还有望比原产品大幅降低成本。

除此之外，由于可制成大面积的薄型柔性电池，因此还能设置在此前无法放进电池的场所。

可利用通用薄膜

染料敏化太阳能电池方面，无需高温烧结，只在室温下就能制造薄膜型色素增感电池(图2)。色素增感电池是在TiO2等氧化物半导体层吸附色素，作为光电转换层利用的有机太阳能电池之一。此次利用产业技术综合研究所开发的陶瓷成膜技术“气溶胶沉积(AD)法*”，在室温下形成了TiO2多孔膜，确认了作为色素增感电池的发电性能注3)。

图2

积水化学开发出了可在室温下制造的染料敏化太阳能电池(a)。在薄膜基板上制作时也实现了8%的转换效率(b)。(图(b)由《日经电子》根据积水化学的资料制作)

*气溶胶沉积(AD)法=产业技术综合研究所开发的陶瓷成膜法，利用高速喷涂陶瓷微颗粒物时的冲击能量成膜的技术。

注3)此次的开发是科学技术振兴机构(JST)˙A-STEP助成及产综研先进涂布技术平台研究班活动的一环。

采用4mm见方单元的电池发电效率(积水化学的测量值)在使用玻璃基板时达到9.2%，使用薄膜基板时达到8.0%。据该公司介绍，在采用薄膜基板的染料敏化太阳能电池中获得了全球最高水平的发电效率。

以前，在基板上涂布含TiO2的膏状物的电池需要在500℃左右的高温下进行烧结，由于耐热性的问题，此前难以在通用薄膜上实现色素增感电池。

而通过此次开发，还可以在耐热性低的通用薄膜和胶带等材料上成膜。另外，无需烧结工序，还能实现卷对卷生产，因此生产效率提高10倍，可大幅降低成本。

积水化学还开发出了简易超声波装置，在长度方向的任意位置切割电池单元，都能对单元的熔接和密封进行同时处理。由此，将来可以在施工现场把卷状电池单元切割成任意长度使用。

积水化学打算面向室外用途扩销具备轻量柔性特点的染料敏化太阳能电池。不过，染料敏化太阳能电池的色素会随着光劣化，因此寿命比结晶硅型太阳能电池短。为此，该公司设想了大约10年的寿命，在劣化后更换模块的方法。据估算，即使10年更换一次，太阳能电池的模块成本和设置费用也能低于拥有20年寿命的结晶硅型太阳能电池。

积水化学预定今后确立量产技术，考虑在住宅等用途应用该公司的产品，同时根据不同的用途广泛征集业务合作伙伴。