World Smart Energy Week 2014東京現場直擊系列報導二

 

刊登日期:2014/2/28
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孫文檠、呂學隆、黃裕豪、曾寶貞寄自東京

台灣廠商於 World Smart Energy Week 的會場動態
最近台灣太陽光電市場最受矚目的大事,莫過於美國部分太陽能企業要求美國政府對大陸公司委託台灣代工的太陽能電池進行「雙反」(反傾銷、反補貼)處分。截至目前為止,究竟此一事件將對台灣相關業者造成何種程度的衝擊,尚無法確切得知,但在展覽現場的國內廠商卻都信心滿滿,堅信能夠平安渡過此一危機。今年在東京舉行的這場 PV EXPO 2014有數十家國內PV相關業者參展,包含馗鼎奈米科技、昱晶能源、友達光電、太極能源、益通光能、碩禾電子等。各家廠商都在現場卯足勁,競相展現台灣廠商生命力,展示各具特色的產品。


圖一、PV EXPO 2014會場有數十家台灣廠商設攤參展

國內最大常壓電漿設備生產商馗鼎奈米科技在展會中發表多項該公司自主研發的太陽能製程及檢測產品,其中,電漿設備包含常壓電漿清洗設備、電漿輔助氣相沉積設備及電漿蝕刻機等;常壓塗佈設備包含抗污/抗指紋膜設備、光學膜噴塗設備(桌上型);電漿檢測設備則包含光放射光譜等。這些設備的應用面極廣,大多已應用於太陽光電產業、LED產業和半導體產業等。馗鼎奈米科技是一家以技術研發為主的公司,因此開發出多項客製化的產品,為國內少數有能力開發自主化設備的業者。


圖二、馗鼎奈米科技攤位現場


圖三、馗鼎奈米科技在此次展覽中發表電漿及非真空噴塗設備

昱晶能源在展場中展示Diamond系列高效率太陽電池及模組,單晶太陽電池效率>20.2%,多晶太陽電池效率>18.6%。根據昱晶公司的發展藍圖,2014年將以Douro及Diamond系列為主,預計2015年後將以N type cell為主軸,2016年之後再以NJT/IBC為主要產品。至於模組部分,未來將推出60片300W之單晶以及280W之多晶高效能模組。

友達太陽能展出輕量型太陽能模組,相較於一般市售60片電池模組的20公斤,友達因採雙面超薄玻璃封裝,因此重量可減至10.5公斤,減重近45%。雖然模組重量減輕,不過此模組仍然通過了5400pa的壓力測試。另外,友達太陽能展示315W之高效能HIT結構太陽電池模組以及該公司開發的模組安裝支架。

在SMART GRID EXPO展區,另有致茂電子、華凌光電、長園科技、台灣智慧型電網產業協會等公司/協會設攤參展。其中,台灣致茂電子公司在展場展示多項太陽能相關產品,包含最新推出可程控直流電源供應器,可提供最高可模擬太陽電池陣列的開路電壓(Voc)達1000V及短路電流(Isc)達25A 於3U高電源模組;回收式電網模擬電源為定電壓輸出,可應用於一般用電產品(例如: 家電產品,開關式電源)的測試,此產品會對負載輸出功率,同時以拉載過電流設定(OCP)來保護;數位式功率錶是用來量測單相交流電源的功率及其他電壓電流參數,適用於大部份的電機電器產品;致茂最新的交/直流電子負載,主要是給不斷電系統(UPS)、離線型變流器(Off-Grid Inverters)、車用型變流器、交流電源以及其他的電力元件,如開關、斷路器、保險絲和連接器等產品測試使用。可模擬於高峰值因素下的負載情況,甚至當電壓波形失真時,能即時補償功率因素。


圖四、致茂電子展會現場


圖五、致茂電子發表多項光伏相關產品

另外,在東館2樓FC EXPO 2014會場,有國內燃料電池先行者美菲德公司、台灣燃料電池夥伴聯盟和王田機械等公司/聯盟在現場展示台灣在燃料電池方面的開發成果與實績。

美菲德(M-FIELD)公司早自2008年起即領先業界,與工研院合作投入燃料電池的相關研發,多年來深耕燃料電池領域,擁有相當的口碑與實績。近年來更積極以台灣燃料電池品牌「M-FIELD」切入國際市場。這回在FC EXPO現場展出該公司自行研發、生產的UEH系列燃料電池系統,兼具發電與儲能雙項功能。發電機可發電量為3KW,模組化的設計讓維修更換十分方便,並可透過3G、4G做到遠端監控,確保安全無虞。UEH系列亦可與市電並聯,在日常生活中,除了可利用餘電產氫之外,還能將多餘的能源儲存在儲氫系統中;一旦有停電狀況發生時,即可啟動並發電,創造永續的供電環境。同時也可因應客戶需求,與風力、太陽能等再生能源結合,解決再生能源因受限於氣候等因素而無法穩定供電的缺點。


圖六、美菲德展出的UEH燃料電池系統在現場吸引訪客洽問


圖七、美菲德的產品強調安全、安靜、零污染

國際大廠於 Battery Japan 2014 的展出重點
回到二次電池展會現場,今年有多家廠商展出頗具看頭的產品,茲介紹如下。TIMCAL公司展示館以新產品Carbon Hybrid Material添加在鉛酸電池中,有助於提升循環壽命特性。另外,在基材上塗附C-NERGY Li-Quid 101以提升材料的導電性及附著性,交流阻抗分析呈現明顯優異特性。該公司並提供適當的Carbon black及Graphite導電材料給正極與負極材料使用。


圖八、TIMCAL公司產品交流阻抗分析比較

THINKY公司主推漿料混合設備,針對含有次微米及奈米尺寸材料具有均勻分散的效果。應用領域廣泛,設備最少量50ml或100g,設備最大量20L或20kg。一般實驗用200ml或250g設備約日幣2,500,000元。量產設備20L或20kg約日幣40,000,000元。


圖九、THINKY公司之一般實驗用設備(左)與量產用設備(右)

HITACHI公司這回展出極板壓延、方型鋰電池製作、電極積層和極板表面檢測分析等設備。極板壓延設備係藉由滾輪(Roll to Roll)設計,能有效均勻的將極板輾壓,適用於各種複合材料。方型鋰電池製作設備主要用於電動車電池,製作流程包含上蓋組立、集電板銲接、極卷絕緣、極卷裝罐、上蓋熔接、灌電解液和注液孔封銲。電極積層設備主要針對鋰高分子電池、鋰電容、電雙層電容。極板表面檢測分析可觀察電極斷面、膜厚均勻性、膜厚平坦性、空隙率、活物與導電材分散情形、電極膜與基材附著性等表面結構。


圖十、HITACHI公司方型鋰電池製作設備


圖十一、HITACHI公司電極積層設備


圖十二、HITACHI公司極板表面檢測分析

Micronics Japan這次展示一款號稱實現高安全性與高輸出密度的量子電池—Battenice,在現場吸引相當多的人潮聚集,爭相詢問相關技術。此技術經瞭解,其電池結構由對向電極、充電層、base電極和基材等四部份組成。充電層組成為金屬氧化物,現場展示的基材係採用銅箔,不過,據現場解說人員表示,任何金屬皆可用為基材。至於對向電極、使用何種金屬氧化物、base電極等細節則解說人員在現場不願多做說明,並表示電池如同半導體電子電洞對的機制反應。

BASF公司展示鋰鎳鈷錳氧化物及磷酸鋰鐵正極材料。鋰鎳鈷錳氧化物中的鎳:鈷:錳各自組成比率有1:1:1、4:2:4、5:2:3三種。1:1:1、4:2:4充電範圍3-4.3V,單位克電容量為156 mAh/g。5:2:3單位克電容量為165 mAh/g。振實密度為≧2.0 g/cm3。該磷酸鋰鐵材料為表面具碳塗層,充電範圍3-4.0V,單位克電容量為165 mAh/g。振實密度約為1.0 g/cm3。BASF公司另有生產不同鋰鹽及溶劑,以因應不同需求的電解液配方。


圖十三、BASF公司鋰鎳鈷錳氧化物電性曲線


圖十四、BASF公司磷酸鋰鐵氧化物電性曲線

福田金屬工業展示的產品有開孔的銅箔、鋁箔、鎳箔、鈦箔及鐵箔等。厚度尺寸≧8 μm,幅寬尺寸≦600 μm,開孔率≦65%。應用於鋰電池的網狀電解銅箔更具高強度。在350℃經60分鐘後強度可達500Mpa。適用高安全性及高容量的鋰電池負極(Si or Sn)。電解鋁箔方面則開發出不同表面粗糙技術、耐酸鹼特性及優於壓延鋁箔更薄的厚度。


圖十五、福田金屬工業之電解網狀銅箔(左)與電解網狀鋁箔(右)

吳羽化學公司則除了展示既有的高分子黏結劑產品外,負極碳材也是展示重點。高分子黏結劑以往是以提高分子量即可增加粉體附著性,而這次展出功能性高分子黏結劑,降低分子量亦可增加粉體附著性。負極碳材主要有兩種,CARBOTRON-P 源自於Pitch,平均粒徑9 μm,表面積3-8 m2/g,實密度約1.52 g/ cm3。搭配鋰鎳鈷錳正極材料,充放電效率達90%。另一種BIOCARBOTRON源自於椰子殼,兩種規格,平均粒徑5 μm及9 μm,表面積2-7 m2/g,實密度約1.48 g/ cm3。搭配鋰鎳鈷錳正極材料,充放電效率亦達90%。

材料技術新品眾多,為下游應用市場尋求技術解決途徑
「材料」是二次電池技術最關鍵的技術重點,因此除了是國內外電池產業廠商首要了解的技術趨勢內涵外,材料廠商的技術能力也主導了各國產業發展。本次展會當中也有諸多材料廠商參展,在新型技術、新產品上提出眾多引人熱議的焦點。

以作為影響鋰電池性能最重要的正極材料而言,日亞化學(Nichia)在Battery Japan的技術研討會上探討了該公司在高能量密度(NCM-811、Lithium-Rich兩種結構)方面的研發成果,並且比較了該公司現階段在4.2V到4.35V、4.4V的產品性能。河南科隆在展場以其正極材料前驅體作為展出主軸,展出如球型氫氧化鎳、 球型磷酸鐵,搭配其三元系、磷酸鋰鐵正極材料等,目前該公司已經是LG化學、Samsung SDI的主要供應商。在原材料方面,有FMC、Rockwood、豐田通商(與阿根廷Sales de Jujuy合資開發阿根廷鹽湖)、天齊鋰業等參與展出,其中Rockwood在智利投資新設的產能也在本次大會上宣佈正式量產,並且專供全球鋰電池生產所需。另外,昨天的報導中已有介紹過的國內材料廠鐵研科技在現場展出鎳鈷二元材料,以高能量密度作為重點訴求。深圳貝特瑞也展出Lithium-Rich材料與相關測試結果。

在負極材料方面,碳系材料仍然是現階段鋰電池的應用主軸,在Battery Japan 2013中多家廠商展出的矽合金/化合物材料,在今年的展會上也持續成為主要焦點,但今年廠商已經進一步提出搭配各種碳系負極材料摻混下的極板/半電池/全電池測試結果,進一步落實提高能量密度的努力方向。例如,本次大會上首次邀請到最早量產商業化氧化矽負極材料的信越化學公開演講,介紹該公司氧化矽材料技術,將氧化矽的添加比例、極板設計問題、所需搭配的黏結劑、電解液與添加劑體系完整呈現。深圳貝特瑞作為全球負極材料出貨數量最多之廠商,也在展會上完整呈現該公司的各項負極材料產品。


圖十六、深圳貝特瑞展示之球型石墨產品與層狀鋰錳正極材料

在台灣廠商方面,也在本次展會上呈現新產品,吸引眾人目光。中鋼碳素化學基於中間相碳微球技術進一步努力,首次公開發表「CS360」負極材料,標榜是目前全世界中間相碳微球負極材料產品當中最高能量密度的產品,對於近年3C產品要求電池能量密度的提升上有直接的幫助。另外首次參展的台灣光宇電能,基於太陽能生產砂漿中進一步精煉與純化矽粉,以矽碳複合材料在展會上展出,因極具成本優勢潛力,同時電容量絲毫不遜於信越化學等廠商,也吸引中國大陸前四大電池廠、韓國與台灣地區客戶小量出貨及驗證中。


圖十七、中鋼碳素化學於展會上首次發表之世界最高電容量MCMB負極材料

其他碳材料部分則有中鋼碳素化學展出超級電容器用活性碳、Nippon Chemi-con新型導電碳材等,值得一提的是,吳羽化學同時於技術研討會與展場展出碳系負極材料,以硬碳技術、PVDF黏結劑等作為展出主軸。該公司也在會場上談到設置於常熟之新工廠將於2014上半年量產,成為該公司於中國大陸各項負極材料、黏結劑生產與技術重鎮,此種採取與日本商社(伊藤忠)、中國大陸當地業者合資設廠的模式,也能夠在目前日本材料廠商進入中國大陸的諸多考量、遲滯不前的現況下快速搶占商機。

電解液是另外一項鋰電池技術重點,在高能量密度、高電壓需求下,通常出現技術問題而影響電池循環壽命的往往不是正負極材料,而是電解液無法在高電壓充放電下進行可逆反應,和衍生產氣、鼓包等電池品質缺陷,因此也是各國廠商投入討論的重點。目前電解液的技術改良方向在本次展會上可觀察到廠商多以新型鋰鹽搭配不同性能添加劑來解決前述技術問題,如三井化學於技術研討會上發表該公司針對動力電池使用條件下的各項電解液添加劑測試結果。深圳天賜高科也發表磷酸鋰鐵用電解液體系、高電壓4.35V用電解液,係針對日本電池廠商之需求而特別研發。河南多氟多同時展出該公司六氟磷酸鋰與各項新型鋰鹽、添加劑等技術。森田化學則同時呈現該公司六氟磷酸鋰、LiTFSI、LiBF4、CF3So3Li、TEABF4等產品。此外尚有天津金牛、日本觸媒等展出電解液與添加劑相關產品。


圖十八、日本觸媒展出之高電壓鋰電池用添加劑

另一家值得一提的電解液廠商BASF,也是2014年動見觀瞻的國際廠商,該公司於展會開始前宣布於日本尼崎設立電池技術研發中心,爭取日本與國際各項電池廠商的合作開發機會,展會上也展出對於鋰電池的材料佈局策略,主要以各項關鍵材料供應者為目標,過往藉由併購、專利交叉授權方式取得多項電池技術,展會上BASF主要以三元系正極材料、磷酸鋰鐵正極材料、電解液等為主要產品,呈現出作為上游關鍵材料供應廠商的雄心。


圖十九、BASF於展場呈現之各項材料技術

隔離膜材料部分也有諸多廠商參展,包括Celgard、CS Tech、較少見使用不織布技術之日本高度紙、台灣前瞻能源科技等均有產品展出,其中旭化成於技術研討會上簡介了隔離膜的技術開發方向,另外深圳星源科技於本次展會上首次發表其濕法隔離膜產品,由過往乾式製程技術上進一步擴大產品線。


圖廿、日本高度紙於會場上展出之鋰電池、鎳氫電池用隔離膜

在電池用黏結劑部分,包括ZEON、 KUREHA、Solvay、TORAY等廠商均有新產品展出,ZEON並在技術研討會與會場同時發表該公司搭配矽負極材料應用的解決方案,以水系SBR材料作為基礎,進一步加強黏著性;Solvay也與KUREHA兩廠商在PVDF體系黏結劑上呈現不同產品。

在正負極集電體上,可說是本次展會新產品最琳瑯滿目、各廠商新品最受關注的材料項目,其中新日鐵住金在會場上首次展出各項新型鋰電池用鋁塑外裝膜、不銹鋼箔與高強度壓延不鏽鋼箔,其中鋁塑膜沖深達4~5mm,並且可以進一步降低厚度,預計在2014下半年正式量產。另外,不鏽鋼壓延箔本次發表厚度8 microns之產品,標榜強度較現有銅箔、鋁箔更高,對於未來矽化合物負極材料的大量應用更能夠有效支援。此外,也展出了鍍鎳銅箔等產品,為會場上最吸引觀展人潮的攤位之一。


圖廿一、新日鐵住金發表之各項新型箔技術


圖廿二、其他銅/鋁箔廠商展出之新品

從本次展會上材料廠商展出的內容與相關技術發表可看出,廠商為下游電池與終端應用及潛力應用市場開發各項新技術所做的努力。晚近由於電池市場以可攜式產品為主要應用出海口,而可攜式電子產品用電池多要求能量密度提升,因而影響相關材料技術之進展,如正極材料的選用必須考量能量密度(影響電壓與電容量高低)、功率密度、適用電壓範圍、與電解液之間的安定作用、可逆的電化學反應等條件。因此,正極材料必須兼顧上述指標。

負極材料同樣因碳系材料已近理論能量密度值,因而有部分開發方向轉至金屬化合物之上,但金屬化合物也有材質較硬,不易進行粉體加工與製程極板塗佈、初次不可逆電壓太高、體積膨脹比率過大等課題。但為求大幅提升電池電容量,已陸續吸引廠商推出混合金屬化合物與碳系材料之電池芯銷售,目前眾多研究機構投入利用奈米材料特性與技術,選擇適當非碳材研發新型複合負極材料,或是透過現有碳系材料表面改質技術來提升性能,也是未來突破現有電容量門檻之另一途徑。

電解液廠商在現有提升電池能量密度的要求下,部分廠商選擇以提高電壓技術進行開發,但在耐高電壓部分電解液的技術也有眾多門檻亟待克服。這些努力都是為了讓電池能符合各項終端應用市場需求,因此終端市場的應用特性、各項系統間的整合等也影響材料技術發展,至於終端應用部分,將在第三天的文中進行報導,敬請期待。

World Smart Energy Week 2014的第二天,編輯群穿梭在展覽現場與研討會場,為國內讀者提供最即時的資訊,還有更多相關現場實況將在下週一(3/3日)的材料世界網刊出。掌握最新市場脈動,敬請持續鎖定材料世界網的系列報導。以上是材料世界網/工業材料雜誌編輯群:孫文檠、呂學隆、黃裕豪、曾寶貞來自東京 World Smart Energy Week 2014 現場的 Live 報導。

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