三星Galaxy Note10引以為豪的SPen為何能夠秒充電？

近兩年提及最多的一個(gè)詞便是5G，數(shù)據(jù)顯示三星在中國(guó)5G市場(chǎng)份額超過(guò)30%，其中尤其是Galaxy Note10系列最為亮眼。Note系列一直以其高雅而又智慧的觸控筆作為手機(jī)的點(diǎn)睛之筆，Note10系列更是搭載了智慧型SPen極大豐富了用戶(hù)與手機(jī)功能的交互。這款SPen最大可待機(jī)10小時(shí)，并且10分鐘以?xún)?nèi)便可充滿(mǎn)電，這其中的秘密究竟為何？

CEATEC 2019期間，記者受邀參加尼吉康（nichicon）展位的參觀，現(xiàn)場(chǎng)工作人員為記者解答了其中的秘密。據(jù)介紹，去年三星在電容方面采用的是其他公司生產(chǎn)的“EDLC（電氣雙層電容器）”，而在今年的Note10系列大放光彩的SPen，搭載的則是由尼吉康生產(chǎn)的“小型鋰離子可充電電池SLB”，這款鋰離子電池不僅電量耐用，充電急速，在壽命、低溫性、安全性方面也擁有極佳性能。

圖1：搭載尼吉康SLB系列產(chǎn)品的SPen

值得一提的是，尼吉康在本次CEATEC 2019上不僅展示了這款非常適用于IoT領(lǐng)域的小型鋰離子可充電電池，還帶來(lái)了許多讓人眼前一亮的新產(chǎn)品。

應(yīng)用廣泛的小型鋰電子可充電電池“SLB”系列

 

現(xiàn)在所有企業(yè)都在談IoT的時(shí)代背景下，移動(dòng)設(shè)備越來(lái)越百花齊放，而在此情況下對(duì)于電池的充放電、壽命和安全性便達(dá)到了更高的層次。

尼吉康現(xiàn)場(chǎng)工作人員告訴記者，EDLC（電氣雙層電容器）雖然具有良好的功率密度，但能量密度較低，容量很?。欢胀ㄤ囯x子可充電電池雖然相對(duì)于鉛蓄電池、鎳氫電池?fù)碛懈T人的能量密度，但功率密度卻很小。所以市場(chǎng)市場(chǎng)需要的是比EDLC更長(zhǎng)放電時(shí)間，比普通可充電電池更大的充放電電流的產(chǎn)品，因而尼吉康研究生產(chǎn)了這款兼顧大輸出功率和大容量的產(chǎn)品。

圖2：小型鋰離子可充電電池開(kāi)發(fā)背景

通過(guò)對(duì)比EDLC與鋰電子電池?cái)?shù)據(jù)參數(shù)，尼吉康所研發(fā)的“小型鋰電子可充電電池SLB”在能量密度上可達(dá)40Wh/kg，優(yōu)于EDLC；在功率密度上達(dá)到3kW/kg，可在-30~60℃下使用，周期壽命超過(guò)25,000回，并且不會(huì)因熱失控著火，全面優(yōu)于鋰離子電池。

圖3：新蓄電裝置在高rate充放電的情況下依然在長(zhǎng)壽命和安全性方面具有優(yōu)勢(shì)

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人員介紹，目前這款產(chǎn)品擁有Φ3x7L、Φ8x11.5L與Φ12.5x40L三款，Φ3x7L已經(jīng)量產(chǎn)，Φ8x11.5L與Φ12.5x40L提供樣品，預(yù)計(jì)2020年4月開(kāi)始量產(chǎn)。Φ4x25.5L（5mAh）、Φ8x20L(25mAh)、Φ10x31.5L（60mAh）尺寸目前正在商討中。

圖4：小型鋰離子可充電電池SLB型號(hào)

▍SLB的四個(gè)產(chǎn)品特性

據(jù)尼吉康介紹，這款產(chǎn)品具有長(zhǎng)壽命、急速充放電、低溫特性、安全性四個(gè)特點(diǎn)。

圖5：適用于IoT的SLB系列產(chǎn)品

1、長(zhǎng)壽命：上文也對(duì)比了EDLC與鋰離子電池特性，一般來(lái)說(shuō)普通產(chǎn)品只能充放電2,000 Cycle。在此方面，通過(guò)對(duì)Φ12.5x40L_150mAh產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果顯示，在充放電25,000 Cycle后依然能維持80%以上的容量。

圖6：SLB擁有長(zhǎng)壽命的的特性

2、急速充電·放電可能：上文中也提及該產(chǎn)品可在10分鐘內(nèi)完成充電。Φ12.5x40L_150mAh產(chǎn)品的急速充放電試驗(yàn)結(jié)果顯示，在20C大電流充放電的情況下，SLB可實(shí)現(xiàn)3分鐘內(nèi)全容量80%的超急速充電，和3分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)超過(guò)全容量90%的超急速放電。

圖7：SLB系列20C大電流充放電試驗(yàn)結(jié)果

3、低溫特性：一般來(lái)說(shuō)，普通的鋰電子可充電電池在0℃環(huán)境下就很難充電了。通過(guò)測(cè)試顯示，SLB在-30℃的寒冷地區(qū)雖然性能會(huì)稍稍下降，但仍然可以使用。

圖8：在低溫情況下仍然可以使用

4、安全性：值得一提的是，該款產(chǎn)品采用的是LTO材料，所以在壓壞、釘扎、Blut Nail試驗(yàn)、外短、過(guò)充電、強(qiáng)制放電等強(qiáng)制使內(nèi)部短路時(shí)，發(fā)生破裂或著火的可能性非常低，十分安全。

圖9：經(jīng)過(guò)嚴(yán)苛測(cè)試破裂著火可能性很低

▍SLB具有廣泛的應(yīng)用空間

這款小型鋰離子可充電電池目標(biāo)市場(chǎng)非常廣泛，具體包括電子筆、無(wú)線(xiàn)耳機(jī)、行車(chē)記錄儀、車(chē)載用輔助電源（動(dòng)力轉(zhuǎn)向、門(mén)鎖解除、緊急呼叫、ADAS等）、充電式玩具、電動(dòng)工具、電子香煙、IoT設(shè)備（定點(diǎn)觀測(cè)、狀態(tài)監(jiān)視）、穿戴式終端、智能電表、內(nèi)存?zhèn)浞荩译?、工業(yè)機(jī)器等）、筆記本電腦（CMOS備份）、遙控器等。

除了三星的SPen，現(xiàn)場(chǎng)工作人員也為記者展示了多款實(shí)際搭載的示例。通過(guò)使用京都大學(xué)的薄膜型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，Ricoh Electronic Devices Co.,Ltd的電源IC和尼吉康的小型鋰離子可充電電池，實(shí)現(xiàn)了自立電源型IoT環(huán)境傳感器系統(tǒng)的構(gòu)筑。

圖10：環(huán)境傳感器演示（尼吉康+RICOH+京都大學(xué)）

現(xiàn)場(chǎng)還展示了通過(guò)使用瑞薩電子株式會(huì)社提供的采用SOTB技術(shù)的嵌入式控制器和鋰離子可充電電池，可以實(shí)現(xiàn)利用微量（例如光、震動(dòng)和流量）環(huán)境發(fā)電的能量收集物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

圖11：能量收集設(shè)備（尼吉康+RENESAS）

值得一提的是，因?yàn)榫哂锌焖俪浞烹娔芰?，根?jù)現(xiàn)場(chǎng)演示，與ROHM株式會(huì)社提供的充電控制IC搭配可以實(shí)現(xiàn)超快速充電。無(wú)獨(dú)有偶，通過(guò)使用特瑞仕半導(dǎo)體株式會(huì)社（TOREX）的超小型外殼中封裝的LDO低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器和線(xiàn)路開(kāi)關(guān)，可以向Φ3x7L的超小型鋰離子可充電電池做節(jié)省空間的CCCV充電（穩(wěn)流穩(wěn)壓充電）。現(xiàn)場(chǎng)，尼吉康還向記者展示了使用ADI公司的線(xiàn)性充電器和降壓/升壓調(diào)節(jié)器來(lái)驅(qū)動(dòng)各種設(shè)備的方案。

圖12：與ROHM、TOREX、ADI搭配的充放電解決方案

 

業(yè)界最高耐溫和壽命的電容器新產(chǎn)品

 

除了鋰離子可充電電池SLB系列以外，本次CEATEC 2019尼吉康也放出其具有高耐溫及長(zhǎng)壽命的“鋁電解電容器”新產(chǎn)品。

在鋁電解電容器方面，尼吉康擁有三種產(chǎn)品，包括“鋁電解電容器”、“混合鋁電解電容器”、“導(dǎo)電性高分子鋁電解電容器”。具體分為芯片型、引線(xiàn)型、基板自立型、螺紋端子型，這三類(lèi)產(chǎn)品的新產(chǎn)品則均為芯片型。

現(xiàn)場(chǎng)人員介紹表示，”鋁電解電容器“擁有較高的電解質(zhì)的含浸性和誘電體的修復(fù)性能，但電介質(zhì)的比抵抗較高且電解質(zhì)耐熱性相對(duì)較差；“導(dǎo)電性高分子鋁電解電容器”則與之相反；“混合鋁電解電容器”顧名思義是兩者的結(jié)合，在各方面能力處于兩種電容器中間。成本方面，“鋁電解電容器”低于“導(dǎo)電性高分子鋁電解電容器”，“混合鋁電解電容器”處于兩者中間。

圖13：尼吉康在CEATEC 2019推出的新產(chǎn)品

本次新產(chǎn)品主要集中在于車(chē)載、ADAS、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU和數(shù)碼家電方面。

圖14：CEATEC 2019新技術(shù)開(kāi)發(fā)

值得一提的是，這幾款新產(chǎn)品搭載的是尼吉康在2019年推出的新技術(shù)。具體包括“鋁電解電容器異常電壓對(duì)應(yīng)技術(shù)”、“高壓用鋁電解電容器低溫特性改善品”、“105℃ 800V對(duì)應(yīng)電解液開(kāi)發(fā)”。

1、鋁電解電容器異常電壓對(duì)應(yīng)技術(shù)：此次的技術(shù)開(kāi)發(fā)將異常電壓對(duì)應(yīng)保證溫度從以往的常溫（15～35ºC）提升至最高使用保證溫度（105ºC）。在常溫溫度范圍（15～35ºC）中使用的話(huà)，最高對(duì)應(yīng)異常電壓從以往的450V提升到500V。

2、高壓用鋁電解電容器低溫特性改善品：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-55ºC 120Hz下的容量變化率、阻抗比、以及ESR等性能。

3、105℃ 800V對(duì)應(yīng)電解液開(kāi)發(fā)：高溫度環(huán)境下（105ºC）800V以上高耐壓新規(guī)電解質(zhì)的開(kāi)發(fā)。用于工業(yè)變頻器，高壓電源轉(zhuǎn)換裝置。通過(guò)和三重大學(xué)合作，利用其有機(jī)合成技術(shù)和新理念，我們開(kāi)發(fā)出一種新型電解液，可在105ºC的高溫下承受800V以上的電壓，并正致力于相關(guān)大型電容器產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

那么應(yīng)用了這些新技術(shù)的產(chǎn)品究竟有何特性，以下將以“鋁電解電容器”、“混合鋁電解電容器”、“導(dǎo)電性高分子鋁電解電容器”三種類(lèi)別分別介紹：

▍鋁電解電容

尼吉康在鋁電解電容方面，開(kāi)發(fā)了一款支持150℃/2000的產(chǎn)品，并在本次展會(huì)首次展出。據(jù)介紹，此前尼吉康擁有UUB、UBC標(biāo)準(zhǔn)品系列高耐熱產(chǎn)品，UUB擁有1000-2000h的壽命但在高溫方面最大可承受125℃，UBC雖然可承受150℃高溫，但僅擁有1000h的壽命。

根據(jù)尼吉康計(jì)劃，2020年10月這款既能承受150℃，也能運(yùn)行2000h的產(chǎn)品將會(huì)量產(chǎn)，當(dāng)然在容量和ESR也更加優(yōu)秀。

 

圖15：2020年10月將量產(chǎn)性能極佳的產(chǎn)品

那么今年在展位上展出的新品還有哪些？包括UCH和UCM系列。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人員介紹，UCH系列產(chǎn)品主要應(yīng)對(duì)的是車(chē)載市場(chǎng)的需求，擅長(zhǎng)低溫ESR，該產(chǎn)品擁有-40℃~125℃/2000h的特性，保證舒適的車(chē)內(nèi)空間的同時(shí)使車(chē)內(nèi)搭載部件適應(yīng)高溫環(huán)境，另外可確保車(chē)載環(huán)境下（~-40℃）搭載部件的低ESR持續(xù)性能。通過(guò)擴(kuò)充50、63V中壓額定，不僅能夠滿(mǎn)足高溫度化要求，。而且還能為整機(jī)的省電力化和長(zhǎng)壽化做出貢獻(xiàn)。

另外便是UCM系列，這款產(chǎn)品在尺寸、容量和低阻抗上具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，是在行業(yè)內(nèi)最高容量的產(chǎn)品，并且擴(kuò)充了63、80V額定電壓的小型尺寸產(chǎn)品。

現(xiàn)場(chǎng)人員表示，該款產(chǎn)品使用的高容量電極箔和薄手化電解紙，使得整體實(shí)現(xiàn)低阻抗、高紋波對(duì)應(yīng)，并且可削減單機(jī)使用個(gè)數(shù)。不過(guò)在高溫上該款產(chǎn)品最大可在105℃上使用，使用場(chǎng)景主要是通信、5G方面，屬于高頻電路、平滑電路、去耦電路等廣范圍對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品。

圖16：尼吉康展示其電解電容產(chǎn)品

▍混合鋁電解電容器

混合鋁電解電容器顧名思義內(nèi)部電解質(zhì)構(gòu)成一部分是擁有高容量、低漏損電流特性的“電解液”，一部分則是具有高紋波電流、低ESR、低溫特性的“導(dǎo)電性高分子”。

現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)記者介紹表示，導(dǎo)電性高分子混合鋁電解電容器和鋁非固態(tài)電解電容器相比，在高頻率領(lǐng)域的ESR性能優(yōu)異，對(duì)于溫度變化具有穩(wěn)定的ESR性能。再者，因內(nèi)部含有電解液，具有氧化膜修復(fù)功能，能維持穩(wěn)定的電氣性能。

對(duì)于尼吉康混合鋁電解電容產(chǎn)品熟悉的開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該對(duì)于GYA、GYB系列產(chǎn)品非常熟悉，今年4月GYC系列也開(kāi)始量產(chǎn)，在本屆CEATEC 2019上展出其最新開(kāi)發(fā)的支持150℃的“GYD系列”混合鋁電解電容器。

圖17：混合鋁電解電容體系圖

目前來(lái)說(shuō)，GYD系列是擁有行業(yè)最高的耐熱溫度和最高級(jí)別的紋波電流值。據(jù)介紹，鑒于與現(xiàn)有的UBC系列和GYD系列鋁電解電容器相比，可容許15倍的紋波電流值，因此采用本產(chǎn)品后有望實(shí)現(xiàn)機(jī)器的小型化。

▍導(dǎo)電性高分子鋁電解電容器

在導(dǎo)電性高分子鋁電解電容器方面，尼吉康也發(fā)布了三個(gè)業(yè)界最高系列產(chǎn)品，包括PCM系列、PCZ系列、PCH系列。

PCM系列是首個(gè)125℃/8000h的產(chǎn)品，超長(zhǎng)的壽命可廣泛應(yīng)用在要求高可靠性的車(chē)載，信息通訊和工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域。

圖18：行業(yè)最長(zhǎng)壽命產(chǎn)品PCM系列

PCZ系列則是擁有業(yè)界最高150℃耐熱性的高分子電容器。眾所周知，車(chē)載領(lǐng)域的自動(dòng)駕駛、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的迅猛進(jìn)化，使得汽車(chē)內(nèi)部高度集成并且多樣化，因此市場(chǎng)需要的是耐高溫的可靠產(chǎn)品。這款產(chǎn)品采用新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了15、20、50以及63V，以及低背品和特殊尺寸。

圖19：業(yè)界最高150℃耐熱特性的PCZ系列

PCH系列是業(yè)界最高水平高溫度、長(zhǎng)壽命的高分子電容器，這款產(chǎn)品擁有135℃/4000h的特性，本次主要是在額定電壓和尺寸上進(jìn)行擴(kuò)充。據(jù)介紹，額定電壓16、20、80V，Φ6.3的產(chǎn)品被擴(kuò)充。

圖20：高耐壓、高容量、高耐熱的PCH系列

 

HV/EV薄膜電容器將在中國(guó)建設(shè)新的生產(chǎn)基地

 

現(xiàn)如今，在EV（電動(dòng)汽車(chē)）方面，薄膜電容應(yīng)用非常廣泛。這是因?yàn)殡娊怆娙萜饕话銉H有7-10年的壽命，容易受到惡劣環(huán)境影響，薄膜電容器則擁有20年以上的壽命且不受環(huán)境影響。

眾所周知，目前中國(guó)的高鐵的“硬實(shí)力”非常強(qiáng)，而在高鐵中所需的電容也非常多，并且高鐵在安全性和壽命方面要求則更加嚴(yán)苛。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人員介紹，目前中國(guó)高鐵中大量的電容器使用的是尼吉康生產(chǎn)的薄膜電容器。尼吉康的薄膜電容器具有雙重保護(hù)，并且是世界上唯一具有自愈性能的電容器。

具體來(lái)講，尼吉康的薄膜電容器的雙重保護(hù)體現(xiàn)在：

1、薄膜電容器的自我恢復(fù)性：由于SH(自愈)型薄膜電容器的蒸鍍電極是薄膜狀金屬，因此當(dāng)電解質(zhì)因某些原因遭到絕緣破壞后，該部分的電極會(huì)瞬間蒸發(fā)消化后，恢復(fù)電容器的功能。

2、薄膜電容器的安全性：若超過(guò)SH(自愈)型薄膜電容器的自我恢復(fù)極限，生成電解質(zhì)破壞，絕緣破壞時(shí)生成的過(guò)電流造成的小分類(lèi)單位的故障部分的電容器從電路中被隔開(kāi)。據(jù)此不會(huì)給電容器本來(lái)的電氣性能造成影響。

圖21：薄膜電容器的雙重安全保護(hù)

現(xiàn)場(chǎng)人員為記者解釋表示，薄膜發(fā)生絕緣破壞時(shí)，可以通過(guò)破壞點(diǎn)周?chē)∶娣e蒸著金屬膜電極的飛散消失，瞬間恢復(fù)電容器的原有功能。而在薄膜貫穿孔周?chē)慕饘僬糁はr(shí)，將無(wú)法印加電壓至貫穿孔，這樣就會(huì)自動(dòng)地將缺陷部從電容器部分中隔離出去。

圖22：現(xiàn)場(chǎng)人員為記者講解其中原理

尼吉康目前在薄膜電容器上主要分為平滑用和緩沖用兩種，可以廣泛應(yīng)用在HV/EV/PHV（非插電式混合動(dòng)力汽車(chē)/電動(dòng)汽車(chē)/插電式混合動(dòng)力汽車(chē)）。

圖23：尼吉康平滑用/緩沖用薄膜電容器

現(xiàn)場(chǎng)，工作人員為記者展示了其在汽車(chē)方面的應(yīng)用，除了應(yīng)用在HV/EV/PHV上的薄膜電池外，尼吉康還擁有配套汽車(chē)的蓄電池。

圖24：現(xiàn)場(chǎng)人員為記者介紹相關(guān)車(chē)載搭載示例

圖25：現(xiàn)場(chǎng)展示電動(dòng)汽車(chē)整套系統(tǒng)（包含蓄電池）

據(jù)了解，薄膜電容器作為EV/HV驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)用逆變器的關(guān)鍵部件，隨著EV的普及，薄膜電容器在日本及海外的采用實(shí)績(jī)正在擴(kuò)大！

據(jù)悉，在日本尼吉康草津工廠的基礎(chǔ)上，還將在2020年在中國(guó)江蘇宿遷建立新的薄膜電容器生產(chǎn)工廠，滿(mǎn)足日本、中國(guó)、美洲、歐洲的EV/HV需求。此前，尼吉康在宿遷也擁有一家公司，此次在宿遷的薄膜電容器生產(chǎn)工廠為完全新建的，此舉也表明了尼吉康對(duì)于中國(guó)市場(chǎng)的重視。

現(xiàn)場(chǎng)，尼吉康還為記者展示了在蓄電池方面的產(chǎn)品。眾所周知，日本因?yàn)榈貏?shì)原因所以可能偶爾會(huì)出現(xiàn)緊急供電狀態(tài)。尼吉康推出了一系列家用緊急供電裝置，因?yàn)槿毡痉浅Ｖ匾曅履茉吹膽?yīng)用，并且政府的固定價(jià)格電力收購(gòu)政策FIT（Feed-in-Tariff）將于2019年11月結(jié)束，所以大家都將從“賣(mài)電”模式轉(zhuǎn)換為“電力自家消費(fèi)”模式，因此蓄電裝置就非常重要了。

圖26：尼吉康的家用蓄電設(shè)備

總的來(lái)說(shuō)，尼吉康此次發(fā)布會(huì)的多款新“鋁電解電容”產(chǎn)品延展了整體在規(guī)格型號(hào)的支持，也擁有了耐熱、容量、壽命更長(zhǎng)的產(chǎn)品，消費(fèi)者擁有了更多的選擇。而在中國(guó)市場(chǎng)方面，尼吉康也正在布局之中。

圖27：參加此次采訪活動(dòng)的記者和尼吉康工作人員

注：尼吉康廣報(bào)·IR室主任石川宏光（左一）

尼吉康電容技術(shù)部/薄膜電容器設(shè)備技術(shù)部主任博士楊井建波（左五）

尼吉康電容器事業(yè)本部技術(shù)統(tǒng)括部李思齊（右一）

21ic中國(guó)電子網(wǎng)記者付斌（右二）