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(1)组合蒸镀法和卷对卷方式的工艺确实很少见,不过该公司并不是第一家以这种构成制造产品的企业注5)。
注5)例如,制造有机薄膜太阳能电池产品的德国Heliatek公司就组合蒸镀法和卷对卷方式,在柔性基板上对太阳能电池的各层进行了成膜。
Sakti3公司的独特之处在于,利用数学方法决定(2)生产线的优化。在制造装置和生产线的各个阶段,用称为“张量*”的物理学和线性代数符号表现生产效率和成品率等的值。由此来计算生产线整体的生产效率和盈利能力,优化制造装置的配置和台数。目的是以最小的设备投资实现最大的生产效率。
*张量=ijk等多个基底延展的线性空间中的一种量,而且,不同基底的值的变化能以基底间的转换顺序说明。一般表记为Tijk等。多为物理量,结晶中的应力等也可用张量表示。仅一个基底时为矢量,仅ij两个基底时,与线性坐标空间中的矩阵基本等价。
单层厚度减薄至其他公司的1/100以下
该公司提高量产效率的第三项措施是,将每层电池的厚度减薄至其他公司的1/100~1/1000。全固体二次电池的电解质层厚度一般为数十μm~数百μm,而Sakti3公司为0.1μm~0.5μm。负极厚度不到100nm,集电体层不到30nm。膜厚较薄的话,对提高蒸镀法的生产效率非常有效。
另外,可将电解质的低离子导电率的影响控制在最小限度。因为电导率一般与元件的长度成反比提高。Sakti3还设想利用单层厚度不到约4μm的特点,实现最大1000层以上的多层化。
可以说,如此薄的膜厚只有能精细控制膜厚的蒸镀法才能实现。涂布法虽然量产效率高,但粒子的粒径和膜厚无法达到满意的程度注6)。成膜的均匀性也比较低,如果膜厚达不到一定程度,根据偏差的程度,电解质上可能会出孔,导致正负极短路。
注6)涂布法采用的泥浆的粒子大多是利用机械球磨法对氧化物材料进行机械粉碎形成的。粒径为数μm~数十μm,与膜厚无太大差别。
利用计算机“发现”高性能电池
Sakti3公司在材料探索和元件制造中也利用数学和计算机模拟大幅削减了人力及时间。模拟在很多领域是必不可少的,但在锂离子电池和全固体二次电池的开发现场似乎还没怎么普及。
Sakti3公司自主开发出了专门用于电池的模拟工具。该公司创始人兼首席执行官(CEO)Ann Marie Sastry于2014年9月在美国的知名演讲大会“TED Conference”上介绍说,“利用我们开发的模拟工具于2011年发现了体积能量密度为1170Wh/L的电池。2014年实际制作了这种电池,获得了与计算结果基本相同的1162Wh/L的值”。目前锂离子电池的体积能量密度最高只有600多Wh/L。而Sakti3开发出了接近其2倍的电池。不过,该公司没有公布质量能量密度、输出密度、循环特性和耐久性。
“非硫化物材料不可”
另外,关于电解质材料的性质,以丰田为中心的日本企业的技术人员和大学研究人员很多都重视离子导电率。因此,采用以离子导电率高而闻名的硫化物类无机固体电解质材料进行开发的企业比较多(图9)。
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