車用電池塗佈技術之現況與發展

 

刊登日期:2016/3/5
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動力電池相較於小型IT應用電池來說更為強調製造技術精度與品質,也因此影響動力電池生產線的各項設備技術發展。在首要的塗佈技術發展上,從塗佈方法設計演變、塗佈速度設定、塗佈 Pattern 差異、乾燥技術等層面均有不同,本文歸納晚近動力電池塗佈製程的現況與點出塗佈技術發展過程中的產業特殊性。

近年因電動車市場銷售衍生大量電池生產需求
塗佈機與其他的鋰電池生產設備,其銷售量多寡直接與各下游電池廠商擴產計畫與擴產生產線產能設計連動,而電池生產廠商的擴產與否決策受到下游電動車應用市場的消長所影響。以 2015 年的電動車市場觀察,原先銷售數量領先全球的美國與日本兩區域市場,由於全球低油價衝擊,以及部分美國州政府調降電動車政策補貼之故,使電動車銷售不如往年保持成長步調,美國甚至出現電動車銷售負成長的狀況。

然而全球電動車產業在 2015 年當中,仍因如圖一所示之中國大陸新能源汽車銷售熱潮保持整體成長的步調,相關車廠與電池生產業者積極擴產以因應銷售快速增加下所衍生的電池供應短缺問題,且因現有補助方案的補貼比例在全球發展區域市場上屬於極優惠地區,因此也吸引日韓等廠商進入中國大陸設廠生產動力電池,也成為動力電池製造設備在過往2年當中供不應求的最主要需求來源。

塗佈技術影響多項電池製造技術
從技術角度來觀察,塗佈技術應用於鋰電池製造的範圍十分廣泛,圖二列出鋰電池產品中應用到各項塗佈技術的項目。除了本文聚焦討論的極板塗佈製程外,也有安全性塗層的技術被應用於日本動力電池設計當中。

另外,針對鋰電池材料的生產與技術改良部分,近年隔離膜塗佈安全性塗層的技術也廣泛被導入日韓動力電池廠產品中,或是為了增加導電性而將碳材料塗佈於集電金屬箔上,以及軟包裝電池所使用的外包裝鋁塑膜生產過程,塗佈製程均為重要工序。在部分活性物質的表面改質技術上,也會視技術需要導入不同的包覆材料,可見塗佈技術應用於鋰電池及相關材料的範圍。本文將聚焦討論塗佈技術應用於動力電池正負極板製造技術的現況。
圖三、日系動力電池廠商20.5Ah方型動力電池正/負極極板結構

近年塗佈技術伴隨動力電池製造技術與量產需求變化
就筆者所參觀過的國際動力電池生產線當中的塗佈機來觀察,主要是由放捲機構、接片機構、上料機構、塗佈頭裝置、張力檢測機構與感測裝置、塗層攤平裝置、烘乾加熱裝置、糾偏感測裝置與修正機構、收卷裝置等構成。



圖五、按塗佈先後與給料連續性區分之鋰電池極片塗佈技術

一般來說,生產動力電池與 IT 應用電池規格的差異,最主要來自於極板尺寸,通常動力電池因其設計單體電容量較大之故,在裁切後的單片極板面積遠大於小型電池,因此要製造出無雜質、一致性高的極板難度將加倍提升。在塗佈層厚度上往往需要約 100~300 μm 的濕塗厚度,因此多採用有背輥支撐集電箔方式的專利技術,需具備較佳的表面平滑性,避免電池多次充放電後的可能結晶與衍生之安全問題。此外,如塗佈速度、塗佈幅寬、精度要求等,相較於 IT 應用小型電池只高不低,如塗佈厚度差距需……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:呂學隆 / 工研院產經中心
★本文節錄自「工業材料雜誌」351期,更多資料請見下方附檔。

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