www.188betkr.com 讯随着电子设备的小型化、多功能化发展，对多层陶瓷电容器（MLCC）也提出了小型大容量化的要求。MLCC是一种通过交替层叠厚度不足1μm的薄层电介质陶瓷层和Ni金属层，并一体烧成制成的小型大容量电容器。其主要原料是钛酸钡（BaTiO3）粉体，高度精细化的粉体技术对低成本、大规模生产钛酸钡粉体及MLCC产品至关重要。
MLCC的结构图
据www.188betkr.com 小编了解，全球MLCC行业领军企业日本太阳诱电不仅精通钛酸钡粉体物性的高度精细化技术，而且还正在推进利用MLCC粉体技术开发氧化物系全固态锂电池和金属支撑型固体氧化物燃料电池（MS-SOFC）。
MLCC与BaTiO3粉体
MLCC的小型大容量化主要通过减小单层厚度和增加积层数来实现。目前，电介质单层厚度已可控制在1μm以下。实现薄层化要求使用粒度分布窄、一次粒子在200nm以下的BaTiO3电介质材料。但BaTiO?的微粒子化会引发介电常数降低的问题。因此，需要在微粒子化的同时保持高结晶性（四方晶性），以抑制介电常数的下降。
MLCC的制造过程包括：将电介质粉末材料与有机溶剂等混合均匀化→形成电介质生片→在生片上印刷内电极→层叠至预定层数→成型→切割成单个芯片→脱脂烧成→形成外部电极。电介质层通过流延法或印刷法形成。即使形成1000层以上的生片，若生片表面存在缺陷或凹凸，也会导致产品不良。因此，生片的表面平滑性和粉体高密度填充至关重要。这就要求BaTiO3粉体除了具备前述的微细、窄粒度分布和高结晶性外，还需弱凝聚性和优异的分散性。
MLCC的制造流程图
BaTiO3的合成方法有固相法、液相法（如水热法、溶剂热法）和草酸盐法。通常认为液相法有利于获得微细颗粒，而固相法因需要高温热处理，处于不利地位。然而，太阳诱电通过对TiO2和BaCO3原料的微细化、混合分散及预烧技术的进步，现已能够通过固相法获得可与液相法媲美的BaTiO3粉体物性。
太阳诱电研究人员解释道，通常粉体原料的粉碎混合使用球磨机、介质搅拌磨等粉碎机或高效分散机。这些方法在提高混合均匀性的同时，会因摩擦、冲击等机械力导致粉体的物理和化学性质发生变化（机械化学效应）。在水或羟基存在下，对异种金属氧化物进行混合研磨，会在应力下引起氧化物表面塑性变形并伴随原子扩散。因此，利用此效应可容易地使反应进行，高效获得目标生成物（用于合成复合氧化物前驱体）。对于BaTiO?的固相合成（通常需要1000°C以上的温度），利用此效应降低反应温度的研究正在进行。
此外，干式球磨处理粉碎了原料粒子，特别是使BaCO3处于容易脱除CO2的活性状态。并且，高混合均匀性使解离的Ba容易与TiO2相遇，其结果，可在低温下大量且均匀地生成BaTiO3核。这被认为是合成窄粒度分布BaTiO3粒子的关键。
超细原料800℃加热合成所得40nm BaTiO3微细颗粒的SEM图像
应用MLCC技术开发全固态电池
全固态电池是近年来的研究热点，它使用具有高离子电导率的固体电解质替代传统的有机电解液，以期同时兼顾安全性和高性能。太阳诱电认为，对于氧化物系固体电解质，通过采用与MLCC相同的全固态电池结构，有望解决低离子电导率的问题。一是通过减薄固体电解质层来缩短离子移动距离，解决了离子移动难的问题；同时，通过增加积层数可实现容量提升。
积层型全固态电池截面示意图
未来，随着IoT社会的渗透和机器数量的增大，预计对小型、高安全性、能在严苛环境下使用的电池需求将会增高。因此，太阳诱电正在开发兼具“薄膜电池的响应性”和“块状电池的容量密度”的小型全固态电池。
太阳诱电之所以选择氧化物系固体电解质是因为它在大气中的稳定性和耐还原性，他们选择了含Ti且具有相对较高电导率的NASICON型Li1+xAlxGe2-x(PO4)3(LAGP)固体电解质。活性物质方面，考虑到共烧成，正极选择了同是含P化合物且能在近5V高电位工作的LiCoPO4(LCP)。负极材料则新开发了TiTa2-xNbxO7，旨在改善与NASICON型LATP固体电解质在低电位下共烧时的反应性。
对于积层型全固态电池，需要极力缩短电极间距离，减薄固体电解质层，这就要求材料LAGP具有微细且窄的粒度分布。太阳诱电将BaTiO3粉体的固相合成技术应用于LAGP的合成，成功合成了平均粒径200nm以下的微细LAGP。
然后，使用该材料制作空隙少、致密平滑的生坯片。再利用所得生坯片，采用与MLCC制造相同的工艺制作积层型全固态电池，实现了无缺陷的多积层结构，形成了与MLCC结构相同的全并联连接结构。实验数据显示随着积层数（电池数）增加，放电容量随之增大。这表明通过固体电解质生坯片的薄层化和增加积层数，有望进一步提高容量密度。
同尺寸全固态电池与MLCC的外观比较：MLCC(左)，全固态电池(右)
应用MLCC技术开发固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池（SOFC）是燃料电池中发电效率最高的一种。近年来，与发电和可再生能源组合的燃料制造装置SOEC（固体氧化物电解电池）也已开始商业化。SOFC通常采用陶瓷作为支撑体（电解质支撑或电极支撑），存在机械强度低的问题。其堆叠组装时的可靠性和耐热冲击性低，是商品化的巨大障碍。
因此，太阳诱电着眼于支撑体使用金属的MS-SOFC，利用MLCC的薄层形成技术、积层技术、与金属的共烧技术，正在开发具备薄层电解质的高性能MS-SOFC。他们采用粉体材料与有机溶剂混合后流延制成生坯片。随后通过印刷、积层、共烧获得电池。太阳诱电制作的MS-SOFC电解质层厚度极薄，仅为4μm。他们认为电解质的薄层化抑制了电解质本身的电阻，从而实现了高性能。
太阳诱电第三世代金属支持型（MS-SOFC）
小结
固相法作为微粒子材料合成方法，是MLCC制造的基础科学。太阳诱电正是通过固相合成技术，成功制备了数十纳米级的微细BaTiO3粒子，并借此实现了500nm以下的薄层化，使MLCC的小型大容量化成为可能。应用此技术，也成功制作了全固态电池和固体氧化物燃料电池。
那么问题来了：为什么日本企业能够将粉体技术融会贯通、统一到不同应用领域里的产品制造过程当中呢？我在太阳诱电的官方资料中发现了至关重要的三点，这三点恐怕不是一次“深度考察”就能够学到的。
第一点，企业价值提升的源泉——“趣味科学”。
为了研发出MLCC这些体积虽微小却至关重要的电子元件，并不断对其进行改进，最终将这些产品推广到社会的各个角落，太阳诱电不断寻求新的知识，不断提升自身的技术水平和技能素养。太阳诱电凭借多年积累的实力，有时会偶然发现一些全新的东西，或是灵光一现，从而实现革命性的发明，开拓出新的研究领域，为意想不到的未来打开了大门。太阳诱电自认为支撑这一切过程的基础，正是作为其企业价值提升源泉的“趣味科学”。
【图注：太阳诱电公司推出了一项旨在推动电动助力自行车进一步发展的技术——其名为“FEREMO”的再生电动助力系统。该系统能够在下坡行驶或减速时将动能高效地转化为电能，使得单次充电后最长可支持1000公里的辅助骑行距离。用户可以根据自身需求自由调节辅助力度与能量回收的程度，从而让这款产品能够灵活适应各种不同的使用场景和目的。】
第二点，企业管理理念的根基——“关注员工福祉”。
太阳诱电的创始人认为，只有让员工及其家人过上幸福而富足的生活，才能真正实现企业的社会责任、公益性和公共价值。其现任社长认为，让每一位拥有独特个性的员工都能保持健康状态，在工作中充满活力，并充分发挥自己的能力，是太阳诱电实现价值创造的核心所在。正是基于这一理念，他们制定了系列的经营方针，包括“致力于改善当地社区的生活环境”，以及“承担对股东的责任”，并始终致力于与所有利益相关方建立互利共赢的关系。
【图注：以上是太阳诱电的人事部职员，在公司官网上赫然写着他们的一段话：“肯定有一些人，能够在我们这种以人为核心的独特环境中迅速成长、大放异彩。请不要犹豫，首先就来敲响我们公司的门吧。对于那些希望加入太阳诱电公司的各位来说，我们希望你们不要仅仅成为公司体制中的齿轮，而是能够主动思考、积极行动，去创造那些世界上还不存在的产品和技术。”】
第三点，产品设计与制造的源头——“粉体材料研发”。
为了提供能够满足客户和社会需求的产品，太阳诱电坚信必须从材料研发阶段（包括粉体原料的合成以及颗粒尺寸的控制等）就开始着手产品的设计与制造。正因如此，他们的产品在多个领域都获得了极高的评价——这些领域包括智能手机和平板电脑等电子设备、正在受到信息技术与电子技术强烈影响的汽车行业，以及信息基础设施和工业设备领域。
（图注：以上是太阳诱电开发研究所材料科学研究室的一位职员，他在材料研发工作中的感悟：“我们公司所使用的电子陶瓷材料，至今仍有许多人类尚未完全理解的奇妙之处。正因如此，在经过充分思考并听取周围人的意见后，一旦到了‘再怎么思考也无济于事’的阶段，即便存在不确定性，也必须勇于‘尝试’。我认为，这种态度至关重要——因为只有通过谦逊地倾听大自然的声音，我们才能突破人类自身的陈旧观念和固有偏见。”）
（www.188betkr.com 编辑整理/平安）
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