千錘百煉始成金，這款小型鋰離子充電電池如何做到循環(huán)25000次？

隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品向著小型化發(fā)展，采用的電池也越來(lái)越小，但是用戶也不希望待機(jī)時(shí)間變短，而且要求充電速度越拉越快，這就迫使元器件廠商在電池技術(shù)的研發(fā)上不斷下功夫，實(shí)現(xiàn)突破。下圖是尼吉康帶來(lái)的手機(jī)觸控筆應(yīng)用案例，通過(guò)左側(cè)的觸控筆，用戶可以在非接觸的條件下控制手機(jī)界面，能夠完成翻頁(yè)、上滑、下滑、返回等功能。

左側(cè)的觸控筆采用的就是尼吉康的電池產(chǎn)品。尼吉康電子貿(mào)易（上海）有限公司董事兼副總經(jīng)理毛繼東先生介紹，“尼吉康成立于 1950 年，在過(guò)去 69 年的發(fā)展歷程中，我們一直致力于電解電容器產(chǎn)品的研發(fā)，每年都有新產(chǎn)品推出，今年我們帶來(lái)的是小型鋰離子可充電電池，這款電池可以循環(huán) 25000 次。” 按照每天充電一次計(jì)算，這款電池可以用近 70 年，如果不考慮其他元器件的壽命，這款產(chǎn)品一輩子都不需要換電池了。

小型鋰離子可充電電池：高功率輸出、長(zhǎng)壽命、高能量密度

一直以技術(shù)研發(fā)作為企業(yè)的驅(qū)動(dòng)力，尼吉康研發(fā)這款小型鋰離子可充電電池是出于技術(shù)需求。

眾所周知，電池對(duì)能量密度要求比較高，EDLC 的功率密度較高，鋰離子可充電電池能量密度較高，小型鋰離子可充電電池處于功率密度和能量密度的交差點(diǎn)（圖中的紅色部分），它的能量密度沒(méi)有鋰電池的能量密度高，接近鎳氫電池，但是它的能量密度接近 EDLC（電氣二重層），功率=電流×電壓，因此它的出入力功率比較大。

將三種電池進(jìn)行對(duì)比，小型鋰離子可充電電池的能量密度優(yōu)于 EDLC，功率密度可達(dá)到 3kW/kg，優(yōu)于電池。一般的手機(jī)、純電動(dòng)汽車(chē)電池使用 2-3 年后，衰減就非常嚴(yán)重，電池循環(huán)壽命在 3000 次以下，該款新型電池的充電壽命可循環(huán) 25000 次。更重要的是，小型鋰離子可充電電池?zé)o由熱失控引起的發(fā)熱、著火現(xiàn)象，因此安全性更高。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，小型鋰離子可充電電池在 25000 次充放電后，容值達(dá)到最初的 80%以上，衰減小于 20%。

在充電速度上，充電非?？欤缟蠄D，1C 是 60 分鐘充放電一次，20C 是 3 分鐘充放電一次，10C 是 6 分鐘充放電一次，可以看出，該款電池可以實(shí)現(xiàn) 3 分鐘內(nèi)全容量約 80%的超急速充電，還可以通過(guò) 20C 實(shí)現(xiàn)超過(guò)全容量 90%的超急速放電，而且在零下 30 攝氏度下也可以正常使用。

關(guān)于安全性，在壓壞、針刺、外短、過(guò)充電、強(qiáng)制放電環(huán)節(jié)，小型鋰離子可充電電池均不會(huì)發(fā)生爆炸和起火現(xiàn)象，毛繼東的解釋是，“我們使用了超高安全性的 LTO 材質(zhì)，LTO 表面由于相變化阻抗變高，只有微量電流通過(guò)，內(nèi)部短路電流小，表面不會(huì)發(fā)燙；而且 LTO 產(chǎn)品在高速充電、低溫、長(zhǎng)期循環(huán)時(shí)也不會(huì)得到 Li 析出電壓。對(duì)比普通的鋰電池，其負(fù)極材料是石墨，內(nèi)部短路電流很大，當(dāng)電壓放到 0V 以下，會(huì)有鋰離子析出，這些鋰離子會(huì)通過(guò)絕緣體移動(dòng)倒正極后，電池就會(huì)發(fā)生內(nèi)部短路，而小型可充電鋰電池的放電電壓不會(huì)降低到 0V，因此不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部短路的問(wèn)題?！?/p>

長(zhǎng)壽命、高安全性、急速充放電，這幾個(gè)特征使得小型鋰離子可充電電池可以在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、可穿戴設(shè)備、智能電表、筆記本電腦和遙控器等上面發(fā)揮更大的作用。

超小充電方案：采用了特瑞士半導(dǎo)體株式會(huì)社的超小型外殼中封裝的 LDO 低壓差線性穩(wěn)壓器和線路開(kāi)關(guān)，可以向直徑 3x7 超小型鋰離子可充電電池做省空間的 CCCV 充電。

持續(xù)深耕電容器產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn) 150 度的超高耐熱

尼吉康每年都會(huì)針對(duì)電容器做技術(shù)更新，今年的新技術(shù)有三個(gè)方向，第一是鋁電解電容器的異常電壓的應(yīng)對(duì)技術(shù)，此技術(shù)將異常電壓對(duì)應(yīng)保證溫度從以往的常溫（15-35℃）提升至最高使用保證溫度（105℃），在常溫范圍（15-35℃）中使用的話，最高對(duì)應(yīng)異常電壓從以往的 450V 提升到 500V；第二是，高壓用鋁電解電容器低溫特性改善，通過(guò)改善低溫特性，抑制電容器在低溫中的性能低下，大大改善了 120Hz 下的容量變化率，阻抗比，以及 ESR 等性能；第三是 105℃ 800V 對(duì)應(yīng)電解液開(kāi)發(fā)，用于工業(yè)變頻器、高雅電源轉(zhuǎn)換裝置。通過(guò)和三重大學(xué)合作，尼吉康利用其有機(jī)合成技術(shù)，開(kāi)發(fā)出一種新型電解液，可以在 105℃的高溫下承受 800V 以上的電壓，并正致力于相關(guān)大型電容器開(kāi)發(fā)。

從產(chǎn)品來(lái)看，混合鋁電解電容器高耐熱 GYD 系列，通過(guò)改善高分子的形成過(guò)程，建立即使在高溫環(huán)境下也能抵抗劣化的聚合物形成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)難以在超高溫環(huán)境下蒸發(fā)并且與高分子匹配性高的電解液組成，150℃高溫下可以工作 1000 小時(shí)；混合鋁電解電容器 GYA 的耐久性升級(jí)到 125oC4000 小時(shí)，GYB 升級(jí)到 105oC10,000 小時(shí)；高分子鋁電解電容器 PCM 系列的耐久性升級(jí)到 125?C 8000h，PCZ 系列的耐久性達(dá)到 150oC2000 小時(shí)；芯片型鋁電解電容器正在開(kāi)發(fā) 150?C2000h 的新產(chǎn)品；引線型鋁電解電容器 UXY 系列，可以做到業(yè)界最高 40G 耐振性能。

能夠看出，最新的電容器在耐久性和抗高溫方面進(jìn)行了很大的改善，那么，150oC 產(chǎn)品的具體應(yīng)用在哪里？毛繼東解釋，“我們實(shí)現(xiàn) 150oC 是封口橡膠塞高分子材料密度提高的層級(jí)和電解液高溫穩(wěn)定不易蒸發(fā)的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的。主要針對(duì)兩個(gè)市場(chǎng)，第一是新能源汽車(chē)，有人認(rèn)為從內(nèi)燃機(jī)變成電機(jī)以后，溫度降低了，其實(shí)中間還有混動(dòng)階段，不管強(qiáng)混還是弱混，都有兩套系統(tǒng)，一套是燃油系統(tǒng)，一套是電氣系統(tǒng)，同時(shí)工作起來(lái)，溫度只會(huì)比以前更加高，而且新能源汽車(chē)電池質(zhì)保時(shí)間更長(zhǎng)，把電池溫度耐受提高到 150oC，穩(wěn)定續(xù)航時(shí)間也更長(zhǎng)；第二是通訊，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，汽車(chē)還能處于休息狀態(tài)，但是基站需要 24 小時(shí)工作，很多基站為了做防塵處理沒(méi)有風(fēng)扇，完全處于一個(gè)密閉空間中，因此環(huán)境更加惡劣，必須將耐受溫度提高到 150oC，才能保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定使用。

宿遷工廠進(jìn)一步擴(kuò)大，確保本地服務(wù)和供貨交期

尼吉康在日本設(shè)有 7 個(gè)工廠，其中富田工廠和大町工廠做原材料，負(fù)責(zé)鋁箔加工；巖手工廠、大野株式會(huì)社以及大野第二、第三工廠做鋁電解電容器，導(dǎo)電性高分子鋁電解電容器和混合鋁電解電容器；草津株式會(huì)社負(fù)責(zé)薄膜電容器。除此之外，尼吉康還在馬來(lái)西亞、中國(guó)無(wú)錫和宿遷設(shè)有工廠，并且宿遷工廠正在擴(kuò)建中。

“大家四年前去參觀宿遷工廠一定有一個(gè)感受：好大的一片地，只有一棟房子。”尼吉康株式會(huì)社電容事業(yè)本部事業(yè)戰(zhàn)略室長(zhǎng)山本俊哉指出，“其實(shí)剩余的地早有規(guī)劃，明年在這個(gè)生產(chǎn)基地會(huì)生產(chǎn)新能源汽車(chē)薄膜電容器。有這樣的規(guī)劃，是因?yàn)槿虻?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E6%96%B0%E8%83%BD%E6%BA%90%E6%B1%BD%E8%BD%A6%E5%B8%82%E5%9C%BA/">新能源汽車(chē)市場(chǎng)中，中國(guó)市場(chǎng)發(fā)展最快，出貨量最大。目前，宿遷工廠所生產(chǎn)的固態(tài)高分子電容器已經(jīng)用于很多主板、筆記本電腦，以及各種充電器中。另外，汽車(chē)客戶要求我們?cè)黾赢a(chǎn)能，滿足他們的市場(chǎng)需求，同時(shí)他們要求供應(yīng)商必須有兩個(gè)及以上附屬生產(chǎn)基地，來(lái)確保在緊急情況下的穩(wěn)定供給。”

關(guān)于宿遷工廠的建設(shè)規(guī)劃，山本俊哉表示，明年新工廠和生產(chǎn)車(chē)間建設(shè)好以后，這塊規(guī)劃用地就建好了一半。我們非?？春弥袊?guó)系能源汽車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展，在 2018 年 8 月，我們就取得了 IATF-16949 汽車(chē)生產(chǎn)線的認(rèn)證，完全可以滿足汽車(chē)產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。