從簡單的小裝置到用于工業物聯網的復雜裝置，都需要緊湊、可靠和非常安全的電源。為滿足這些要求，TDK集團開發了全新技術的全球首個可充電的固態SMD電池CeraCharge?。

今天繽紛多彩的生活離不開技術各異且具有不同容量的電池和蓄電池。未來，物聯網的發展將需要無數的特殊電源以滿足新的超低功率半導體和傳感器的需求。這些設備必須在無外部電源的狀況下通過能量收集技術正常工作數年。這對于能量存儲介質提出了新的要求：尺寸小，可充電，本質安全，易于裝配，低成本且工作壽命長。當前技術尚不能同時滿足所有這些要求。對于許多應用而言，TDK集團的CeraCharge電池提供了一種擺脫當前困境的解決方案。與大部分常見技術不同，CeraCharge采用固體電解質替代傳統的電解液，通過鋰離子在固體中的移動實現充放電。CeraCharge是一種基于疊層技術的電池，類似于MLCC，如圖所示。

通過這種技術，高能量密度和最小的元件體積與陶瓷多層元件的安全性及高容量制造優點被結合在一起。此外，采用固態陶瓷電解質還消除了火災、爆炸或液態電解質泄漏的風險。

SMT兼容設計讓產品的使用非常簡單

CeraCharge是全球首個SMT兼容的可充電電池元件，具有易于布置元件和支持傳統回流焊工藝等優勢，從而降低了使用CeraCharge電池的設備的生產成本。在初始階段，CeraCharge可提供EIA 1812封裝規格 (4.5 mm x 3.2 mm x 1.1 mm)。在1.4 V額定電壓下，可提供100 μAh的容量，初始內部電阻小于200Ω。CeraCharge的主要技術數據如表1所示。

* 在環境溫度為25℃，相對濕度＜60%的環境條件測得

CeraCharge的典型放電特性如圖2所示，其額定放電電流為20μA，但能支持1 mA (10 C) 的持續放電。

相比于傳統可充電或其他類型電池，CeraCharge的工作溫度范圍更寬，達-20°至+80°C，因此非常適合氣象站等戶外應用。以20μA恒定電流放電的典型溫度特性如圖3所示。

根據要求，CeraCharge的充放電循環可完成數十次至上千次，且不會對電氣參數產生任何重大損耗（電氣參數可達到初始值的80%）。圖4顯示了CeraCharge在1.6V恒定電壓下充電3小時并以20μA恒定電流放電的典型循環次數特性。

對于短時或脈沖工作，如在藍牙信號模塊傳輸數據時為其供電，一個CeraCharge電池可提供幅值約3 mA/s的電流（圖5）。

潛在應用極其廣泛

為提高電池容量和電壓，用戶可將多個CeraCharge電池串并聯使用。這個特點使其廣泛適用于各種應用，例作為實時時鐘 (RTC) 的備用電池或用作藍牙信號傳輸的能量存儲裝置。

在大部分情況下，實時時鐘 (RTC) 一般采用原生電池（紐扣電池）供電。這種傳統解決方案的主要缺點是用戶必須定期更換電池。由于RTC中存在VSB（向電池供電）功能，所以用CeraCharge之類的可充電電池替換RTC模塊的原生電池可解決這個問題（圖6）。RTC每次需要備用電池供電的時間一般小于1小時，而一個CeraCharge無需充電就能為RTC提供1至2周的備用電源。

太陽能供電的信號傳輸技術與CeraCharge的結合

物聯網 (IoT) 的前提是能將各種裝置和設備與互聯網連接。太陽能供電的藍牙低功耗(BLE) 信號傳輸技術因超小空間要求和低功耗而逐漸為諸多用戶接受，成為一種廣受歡迎的連接解決方案。圖7顯示了太陽能供電的BLE信號傳輸技術的驅動模型。在此電路中，太陽能電池首先為電容器（MLCC或EDLC）充電，為BLE模塊提供主電源。CeraCharge用于存儲能量，當太陽能電池無法供電時，CeraCharge可對電容器充電。在電容器充滿電后，利用剩余能量對CeraCharge充電，并在電容器沒電時向電容器放電。這能保證太陽能供電的信號傳輸裝置連續不斷地工作。電路中所需的CeraCharge并聯數量取決于在無太陽能電池供電時BLE模塊所需的最大供電要求。

為覆蓋更寬廣的應用，TDK除了提供當前EIA 1812規格的SMD型產品外，還將開發EIA 0603等其他規格和容量的CeraCharge電池。這些應用包括用作能量收集的能量存儲裝置，通常配合電容器使用；或用作可穿戴設備中的子電池，在發生短時高電流/電壓需求時，可平滑電流與電壓。

圖 1:

CeraCharge的剖面圖。采用固態陶瓷電解質替代液態電解質。

圖 2:

CeraCharge的典型放電特性

圖 3:

CeraCharge的典型溫度特性

圖 4:

CeraCharge的典型循環特性

圖 5:

CeraCharge的典型脈沖功率

圖 6:

CeraCharge可替代常用作實時時鐘 (RTC) 備用電池的原生紐扣電池

圖 7:

CeraCharge可用作次級電源，存儲的能量可以為作為BLE模塊主電源的電容器充電