提升鋰電池安全特性之阻燃型膠固態鋰電池技術開發

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提升鋰電池安全特性之阻燃型膠固態鋰電池技術開發

更新時間：2023-03-24 10:07

【技術簡介】
鋰離子二次電池已大量應用於日常生活，提供消費型電子產品、穿戴式產品、電動車以及綠色能源儲能等應用。然而，傳統鋰電池技術使用液態電解質作為離子傳輸材料，導致不時出現燃燒及爆炸等操作上的安全性疑慮。因此，基於安全性以及追求高電容量的考量下，膠固態電解質或全固態電解質技術將逐步取代現有鋰電池所應用之液態電解質的技術。而國外知名研調單位的報告更進一步指出，應用於鋰電池之固態電解質產業將於2030年超過70億美金的市場規模。其中，應用膠固態電解質技術的鋰離子電池在安全特性上展現出高度的應用潛力。此外，膠固態鋰離子電池的整體製造成本亦被認定與現有商用液態鋰電池技術相近。雖然膠固態鋰離子電池技術已經研發近40年，且特性上具有安全性、高電容量及產品應用靈活性等多項優點，然而，於室溫環境下，整體膠固態電解質薄膜的離子導電度偏低仍是目前技術應用上急待解決的主要議題之一。因此，國原院開發膠固態電解質及其成膜技術，已進一步解決目前液態電解質所遇到的困境，進而達成高電容量密度、高循環壽命、低成本與高安全性的最佳化鋰電池元件主要目標。膠固態電解質膜取代傳統液態電解質之鋰電池架構示意圖，如圖一所示。本技術與商用鋰電池正、負極電極片貼合即可完成電池製作，製程簡單、快速，如圖二所示。

圖一、膠固態電解質膜取代傳統液態電解質之鋰電池架構示意圖

圖二、本技術與商用鋰電池正、負極電極片貼合所完成之電池示意圖

【計畫規劃/技術應用】
國原院開發之膠固態電解質技術於室溫環境下，其薄膜離子導電度大於10^-4 S/cm，適用於鋰電池產品，藉與電池及電芯廠合作，可加速該技術的產業化進程，以完成捲軸式電解質成膜技術驗證。近期，製程技術進入試量產驗證程序，完成幅寬15 cm之膠固態電解質膜產品。該技術主要優勢在於從原物料配置至產品成膜階段皆可於大氣環境下進行操作，無需特殊操作環境之限制。於成膜時僅需將常溫呈現固態的電解質加熱為液態，並藉由塗佈技術製成不同厚度與形狀之膠固態電解質薄膜。並進一步將此膠固態電解質薄膜與市售鋰電池鎳鈷錳(NCM811)正極、石墨負極電極片以三明治結構貼合，即可完成鋰電池製作，製作過程簡單、快速，目前已成功完成電容量3.8 Ah電芯組裝驗證，而本院膠固態鋰電池技術發展歷程，如圖三所示。近期，針對未來車用市場所需高溫環境，亦完成80ºC環境操作之阻燃型膠固態鋰電池充放電測試，如圖四所示。相關技術並獲得2022年台灣創新技術博覽會發明競賽銀牌肯定(圖五)。

圖三、膠固態鋰電池技術發展歷程

圖四、80ºC環境操作之阻燃型膠固態鋰電池充放電測試

圖五、技術獲2022年台灣創新技術博覽會發明競賽銀牌肯定

【未來佈局】
本院積極從事綠能與系統整合技術開發，輔導國內廠商技術升級，成功研發鋰電池膠固態電解質，並持續與技轉及技服廠商合作，進行鋰電池性能提升測試。因應鋰電池市場強烈需求，將與電解質生產合成公司合作，聯手打造膠固態電解質鋰電池生產線，快速切入儲能產業相關應用領域。

【連絡資訊】
姓名：王敏全
電話：03-4711400分機7325
E-mail：MCWang@nari.org.tw