本文針對各廠商在熱阻斷層及雙層活物結構的專利作法及其製作做一簡單說明，由於熱阻斷層對鋰電池的安全又多了一個設計，是目前一線大廠正在推廣的技術之一；而雙層活物極板的設計，讓電池在設計上有更大的彈性。但這兩種設計除了有專利使用的問題外，在實際製作時，還需要材料、製程與電池設計者密切配合才能實現。
熱阻斷層專利介紹
1. Matsushita Electric
Matsushita Electric在熱阻斷層的開發上提出許多專利，以下介紹其所提出的三種作法。
為解決電池內部熱超過高分子多孔隔離膜熔點時，造成內部短路所引發的安全問題，Matsushita Electric 將隔離膜製作為三層結構（圖二），中間為高分子多孔膜，上層及下層為含有耐熱性高分子(Tg > 130°C,Polyamideimide)及陶瓷粉體(Ceramic Filler,Alumina)的阻熱多孔層，陶瓷粉體平均粒徑在0.01~3 μm；隔離膜厚度滿足12 μm ≦ Da+ Db1 + Db2≦24 μm，0.5≦Da/(Db1 + Db2)≦ 8，0.5 ≦ Db1/Db2 ≦ 2，其中，Da為高分子多孔膜厚度，Db1為第一阻熱層厚度，Db2為第二阻熱層厚度，Db1厚度最好在1~8 μm；高分子多孔膜在25°C時之孔隙率為40~70%。
圖二、Matsushita Electric在US2007281206的專利設計結構
2. Hitachi Maxell
為改善內短路的阻力， Hitachi Maxell提出在正極或負極表面至少有一層多孔性絕緣層(Insulting Layer)的結構，如圖四所示。絕緣層的組成包括耐熱150°C 以上之耐熱性粒子、Poly N-vinyl Acetamide；耐熱性粒子平均粒徑0.1~2 μm，種類為氧化鋁。
5. Asahi Kasei
為了讓隔離膜有好的熱阻斷效果及穿透力，Asahi Kasei 在傳統聚烯烴多孔膜的至少一面塗佈含無機粒子及樹脂黏著劑的多孔層，無機粒子的粒徑在0.1~3 μm；樹脂黏著劑為皂化(Saponification ) > 85%的聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol; PVA)，其體積分率在0.5~8%之間；此多孔層的厚度為總厚度的15~50%。
熱阻斷層的製作
綜合上述各家專利可知，熱阻斷層之組成主要為無機粒子及耐熱性黏著劑，其效果雖然對電池安全性有益，但對電性其實是不利的，因此其厚度可能會在5 μm以內。其位置可在隔離膜與正極活物、負極活物之間或兩邊同時存在。至於其製作，則有不同的選擇。它可在隔離膜的一面或兩面，再與正負極組成電池芯；也可製作在正極活物塗層或負極活物塗層表面，然後再組成電池芯。不同的選擇，其塗佈方式也不同。若塗佈在正極或負極活物表面，可塗完活物再塗佈熱阻斷層，但製程步驟會增加；也可採活物與熱阻斷層雙層同時塗佈，此法雖可節省製程，但雙層同時塗佈需考量上下層的黏度比、表面張力差異、厚度比及所用溶劑等因素，由於兩層厚度相差很多，所以活物與熱阻斷層採雙層同時塗佈，對塗佈製程及漿料調配都是挑戰。
雙層活物極板專利介紹
1. Sony
為了改善電池連續充電及高溫儲存下所引發熱穩定性導致電池性能降低的問題，Sony 在正極極板採多層結構（圖九），第二層（第二活性物質層）的熱穩定性較第一層（第一活性物質層）高，第二層的位置可在第一層上方、下方或上方及下方都有（此時為三層結構）；第一層材料如LiNiO2，第二層材料如LiFePO4；第二層之TGA分析在400°C 的重量損失較第一層小。
圖九、Sony 在US2006099495的專利設計結構
3. Hitachi
為達到高性能之大電流充放電，Hitachi提出採雙層同時塗佈方式的正極雙
層結構極板。其下層可吸收(Absorbing)及釋放(Releasing)鋰離子，上層在表面可物理吸附/ 脫附(Desorbing)鋰離子，並可形成電雙層。上層厚度範圍5~20 μm，下層厚度範圍20~100 μm；上層材料為活性碳，其平均粒徑≦ 7 μm，最大粒徑≦ 10 μm；下層材料為鋰氧化物…以上內容為重點摘錄，如欲詳細全文請見原文
作者：吳平耀、李仁傑、朱文彬、楊長榮/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌287期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8933