TDK全固態電容分析

TDK 宣布開發出體積能量密度達到 1L 1000Wh 的全固態電池材料。該公司表示，這一數值在三元系全固態電池中處於世界最高水平。TDK 於2024年6 月 17 日發布了這一消息，隨後股價大幅上漲，創下上市以來的最高紀錄，成為備受株式市場關注的技術。

TDK 原本擅長於積層陶瓷電容器（MLCC），在全球 AI 熱潮中需求量有望增加。此外，其他新型電池（與本次的全固態電池不同）也預計將因 AI 熱潮而銷量增加。因此，雖然股價原本就在上漲，但此次全固態電池的發布使其進一步攀升。

該公司表示，通過使用硫化物系導電材料以及鋰合金負極，實現了高能量密度。

重點關注電池組成部件中的負極

根據一篇論文，近年來關於全固態電池先進負極的論文數量急劇增加。負極相關的論文增加了的數量，可以看出負極是最近的熱門話題。

電池由正極、電解質和負極三個部分組成。兩端的正極和負極是儲存電能的庫存，中間的電解質是鋰離子的通道。因此，如果想要增加可儲存的能量，就需要改進正極或負極。

長期以來，電池領域的競爭主要集中在正極方面。NMC、NCA 和 LFP 等術語可能對聽過電池新聞的人來說並不陌生，它們代表了正極材料的類型。各家公司都在競爭正極材料以提高電池性能。

另一方面，面向下一代電池，近 10 年來全固態電池受到了廣泛關注。這是關於電解質部分的討論。傳統電池使用易燃的有機溶劑（即液體），而全固態電池旨在將其替換為安全的固體。

然而，僅僅將電解質變為固體並不能增加能量密度，因為電解質是離子的通道。

最近，負極受到了廣泛關注

長期以來，負極一直使用碳基的石墨，變化不大。然而，最近出現了使用與石墨不同的材料來大幅提高能量密度的研究開發。TDK 的鋰合金負極就是其中一種趨勢。

有關片段採訪了 TDK 的三位技術人員，但由於涉及到許多企業機密，能夠回答的內容有限。因此，本次視頻將參考多篇負極相關的綜述論文，以補充內容。綜述論文總結了 100 多篇最新的研究報告。

主要參考了 2024年6 月 20 日發布的《負極材料的挑戰與戰略》這篇綜述論文，還採訪了精通電池行業的分析師，以了解他們對 TDK 電池的評價。

在詳細介紹之前，有兩個需要注意的點：

• 能量密度 1000Wh/L：是指不包括電池外殼的電池主體部分的能量密度。如果包括外殼，則為 750Wh/L。由於電池的使用前提是包括外殼，因此後續將使用 750Wh/L 進行說明。目前市售的鋰離子電池的能量密度最高也只有約 700Wh/L，因此 TDK 的電池也超過了這一數值。此外，由於不使用易燃的有機溶劑，因此也確保了安全性。

• 今次提及的電池不適用於電動汽車：TDK 的電池是小型電池，並且屬於三元系全固態電池，而三元系電池被認為不適合用於汽車。因此，其應用方向與汽車完全不同。

TDK 也是一間電池公司

雖然 TDK 被認為是錄音帶公司，但其子公司 ATL 是 2023 年手機用鋰離子電池出貨量全球第一。也就是說，大家的手機很可能都搭載了 TDK 子公司 ATL 的電池。

對 TDK 來說，電池是重要領域，佔合併銷售額的約 60%。

TDK 的新型全固態電池是否可用於手機？

雖然之前提到不適用於汽車，但適用於小型 ICT 設備，例如無線耳機、助聽器和智能手錶。由於尺寸限制，手機和筆記本電腦等領域目前較為困難。

今次公布的電池基於易碎的陶瓷製造，因此難以製造大型電池。

分析師表示，智能手錶也屬於目標領域，並且 EU 的電池法規將成為有利因素

EU 發布了旨在使用環境負荷更小的電池的電池法規，這將促進將一次性電池替換為可重複使用的電池。

TDK 新型電池的詳細介紹

首先，通過與其他電池進行比較，了解 TDK 電池的特點。

• 電解質：傳統電池使用易燃的液體，而 TDK 和豐田、日產開發中的下一代電池使用固體。TDK 使用三元系固態電解質，而豐田和日產採用硫化物系全固態電池。硫化物系的特點之一是柔軟，即耐久性高，適合用於汽車等振動嚴重的環境。然而，硫化物系也存在與空氣中的水分反應產生有毒氣體等難以處理的問題。另一方面，TDK 採用的三元系非常穩定且易於處理。然而，三元系是一種陶瓷，對振動較為脆弱。因此，TDK 明確表示不適用於汽車。

• 負極：傳統電池使用碳基石墨，而 TDK 使用提高能量密度的鋰合金。日產明確表示將使用鋰金屬作為負極，以大幅提高能量密度。豐田目前尚未明確表示使用何種負極材料，但據稱將使用某種先進材料。

負極材料的比較：石墨、鋰合金、鋰金屬

• 鋰金屬負極：理論容量是石墨的約 10 倍，具有極具吸引力的材料。然而，存在稱為“枝晶”的問題，即在充放電過程中，鋰金屬會形成尖銳的突起，導致短路和火災。為了解決這一問題，正在進行各種研究，例如將碳納米管嵌入鋰金屬中，以抑制枝晶的生長。雖然這種方法使用昂貴的碳納米管，但仍是一種很有前景的方法。

• 石墨負極：目前廣泛使用的負極材料，具有穩定的結構和長壽命。然而，由於存在碳骨架，在儲存電能方面存在局限性。

• 鋰合金負極：代表性的材料是矽合金，容量密度可達 4000–4200，與鋰金屬負極相當。這是因為矽原子可以容納更多的鋰原子。此外，與鋰金屬相比，可以避免枝晶問題。然而，矽的體積膨脹率高達 300–400%，導致矽破壞等問題。

電池分析師表示，業界正在採用矽碳複合材料

研究領域正在進行各種研究，但工業層面正在採用矽碳複合材料。這種材料具有中空碳殼結構，可以抑制矽的體積膨脹。

資料來源：

https://youtu.be/1xoakCE49aQ?si=YQ3BeTM3JhxJU9CN