「龍探吉」的最新鋰電池發展技術
2023年全球電動車銷量年增率為39%，銷售量達1,422萬台；台灣在2023年總計共售出24,726輛電動車，較2022年
的16,120輛，有超過53%的成長，即便在市場仍屬於少數，但後勢表現大有可為，特別是今(2024)年新台幣百萬元以下(預購入門版)的裕隆集團納智捷國產電動車(使用低成本的磷酸鐵鋰電池)將開始大量交車，可望讓台灣電動車再掀起一波成長高峰。而在鋰電池產業的進展方面，國內兩大集團鴻海和台塑於台灣所建造的GWh磷酸鐵鋰電池廠，以及格斯科技的快充長壽命鈦酸鋰電池廠，亦預計於今年開始量產供應國內綠能產業；美國QuantumScape公司發表最新鋰金屬固態電池在福斯汽車公司的測試結果，經過了1,000多次的充放電循環還保有95%的原始容量；國內輝能科技生產的固態陶瓷鋰電池也磨拳擦掌，準備在國外發光發熱。針對這波發展趨勢，本期「高能量動力電池材料」技術專題，藉由技術的討論交流，與業界攜手共同掌握「龍探吉」的綠能商機！
「高安全鋰電池材料與技術」探討鋰離子電池高安全性材料與技術的種類和效益，以及當代電池材料背後的技術突破。在文章中介紹了鋰電池的作用機制與產生熱爆走的影響因素，並提供各種關鍵材料中，如何提升改善鋰電池安全性的技術，包括不同類型的正極材料及其保護被覆技術、創新的電解質應用、高安全隔離膜塗層材料和先進的溫度控制技術等。透過介紹鋰離子電池材料系統的發展，以及提升鋰電池安全性的設計，期望讀者能更了解鋰離子電池所面臨的安全挑戰，同時作為未來電池技術發展的基礎參考。
隨著儲能需求日漸擴大，對電池之能量密度需求亦逐步上升，電池之高能量密度將威脅循環壽命及安全性。因此，開發新型高電容量且高穩定度之正極材料，將創造極高產值。因應鋰電池之能量密度需求往300 Wh/kg邁進，且要兼顧安全性，使橄欖石結構備受重視。磷酸鋰錳(LMP)除保有傳統磷酸鋰鐵的種種優點外，其工作電壓平台在4.0 V左右，能量密度可比磷酸鋰鐵更高出20%，作為應用在電動車方面之鋰離子電池是更優秀的選擇。但磷酸鋰錳電子電導率和離子擴散速率低，導致其電化學性能較差。「新世代鋰電池材料—磷酸鋰錳正極材料合成技術」主要從結構、離子摻雜及包覆導電碳等方向，研究合成高純度磷酸鋰錳材料的技術。工研院採用調整原料粒徑及燒結條件，以調控磷酸鋰錳粒徑及微結構，縮短鋰離子傳遞路徑及表面包覆碳來提高材料導電性，有效降低極板及電池阻抗，增加自由電子濃度及提升電子導傳率，並穩固材料結構，目前已開發出平均放電電壓4.0 V、克電容量150 mAh/g的磷酸鋰錳材料。
隨著鋰離子電池的高能量密度發展及環保政策等趨勢，矽基負極材料將被寄予厚望，逐步取代碳基負極成為下一世代電池關鍵材料，並且導入水系黏著劑取代汙染性較高之有機系黏著劑。但矽基材料與鋰嵌入所產生的劇烈體積膨脹仍是矽基材料難以突破障礙的關鍵因素，因此實際電池生產及應用中，如何保有高活性材料添加比例且同時兼具高抗膨脹特性平衡，在矽基黏著劑的開發技術成了一大課題。「高能量矽基電池水系黏著劑技術」針對黏著劑市場、矽基負極退化機制及各水系黏著劑技術發展概況等方面進行應變對策探討，並分享工研院材料與化工研究所於高能量矽基水系黏著劑之技術開發概況。
「固態鋰離子電池技術」指出，在全球鋰離子電池產業與技術開發上，最吸引各界關注的即為固態電池各項新技術的動向與結合車用電池應用的量產化進展。目前市售電池以液態電解質為主，然而液態電解質容易滲漏，造成腐蝕現象，以高分子或無機材料為主的固態電解質由於不具揮發易燃的有機溶劑，可大幅增加電池安全性。固態電解質發展之方向已擴大朝向更具實用考量的特性，例如可型塑性、量產製造能力與成本降低設計等；電動車各項應用導入固態鋰離子電池的長期技術走向也逐步明確。
鋰金屬二次電池(LMBs)因其高能量密度特色而引起全球極大的關注，甚至被寄望用於電動車或成為新一代能量儲存工具。然而，LMBs存在一個致命缺陷，鋰負極與電解質界面的不穩定性，容易導致併發副反應和枝晶成長，從而降低庫侖效率和循環壽命。由於電解液在電池中扮演重要的工作角色，合理的電解液設計可以提高LMBs的電化學性能，並實現快速充電和適應未來市場各種需求的廣泛工作溫度範圍。儘管有許多關於LMBs電解質的突破性設計，但它們的重點僅在於單一參數或單一性能，因此對於設計適用於各種工作環境的先進LMBs電解液目標而言是遠不足夠的。「鋰金屬二次電池之電解液發展」對電解液方面的最新進展進行了系統性整理，包括機制的理解、科學性的挑戰以及解決高性能LMBs電解質缺陷的策略，更分析了各種電解質策略的優缺點，提出可商轉LMBs電解液等分析；最後，簡要討論未來電解液最有潛力的研究方向與工研院的研發現況。
淨零碳排不再是口號，塗料與樹脂產業轉型契機來臨
近年來淨零碳排成為各國的主要政策，台灣以外銷為主的經濟體系，勢必無法在這場全球運動中置身事外。這幾年在中美貿易、歐盟綠色新政等重要國際事件轉折後，歐美國家發現減碳可以有價，低碳可以成為新的貿易障礙，台灣的產品在國外品牌客戶與國內政府政策雙重夾擊下，終究需要正視企業內減碳的實務推動。國內特用合成樹脂與塗料產業的長期發展，仍以提供國內許多品牌代工製造業的國產原物料，或輸出至歐美地區高階客戶所需為主，為了與逐漸崛起的中國或東南亞同業競爭，盡速地提升成為低碳產品供應鏈，勢必是國內塗料與樹脂業者重要課題。藉由目前國外標竿領先業者的經驗，例如著名樹脂公司DSM與塗料公司AkzoNobel，其針對產品全生命週期碳足跡盤查的結果可發現，樹脂與塗料類的產品將近70%以上的碳足跡均來自於化學原料，因此選用低碳的原料製作產品，成為樹脂與塗料產業首要努力的方向。
「降低塗料碳排的策略和可永續發展途徑」一文闡述，近年來，全球對氣候變化的關注日益增加，推動著各行各業尋求減少碳排放的解決方案。塗料行業作為一個重要的製造領域，正積極追求實現淨零碳排的目標，降低塗料碳排的各種策略和可持續發展途徑是目前刻不容緩的議題。透過分析塗料生產、應用和後期處理的整個生命週期，研究歸納出可採取使用低碳能源、改進生產工藝、選擇環保原材料、研發低碳塗料、推廣再生塗料、提高應用效率和促進塗料回收等方面的措施。至於可行的方案，或許可經由技術創新、政策制定、商業生態系統和產業合作，以實現塗料碳排的有效減少。這些策略不僅有助於環境保護，還有助於企業在面對氣候變化和可持續發展要求的情況下提高競爭力。
2050年邁向淨零排放已是全球共識，聯合國政府間氣候變遷專門委員會(IPCC)提及2030年減碳目標應達43%。能源的使用在工業製造業碳排放計算占有很大的比例，其中電能是主要影響因子。我國於2019年發電量為2,741億度，發電碳排放量占總排放量48.6%。除發電之外，能源部門其他能源使用(直接燃燒)的碳排量則占總排放量42.4%。因此，減少加熱裝置的熱散失，不僅可以獲得節能效益，更能對碳排放減少作出貢獻。新一代保溫隔熱材料氣凝膠塗料能有效阻絕熱散失並具有防燙效果，方便噴塗施工於工業管線儲槽表面。「氣凝膠塗料於工業管線儲槽節能隔熱之應用」針對氣凝膠材料特性、發展歷史、市場應用進行介紹，並以案例說明氣凝膠塗料實際施工於加熱儲槽之隔熱效果。
因應淨零碳排及環境永續的議題，循環經濟、減碳、回收及生質等材料與技術也都應運而生。南寶樹脂投入開發相關技術領域，其中又以綠色環保及無溶劑型產品開發為大宗，主要應用於皮革、紡織與建材等產業。相較於油性產品，使用水性產品能夠減少溶劑對人體及環境的危害，亦可降低產品的碳排放量。然而，在物性要求較為特殊的應用上，無法導入水性產品，「淨零碳排趨勢下綠色接著劑的發展」報導南寶樹脂開發無溶劑型熱熔膠及濕氣反應型樹脂，應用於木工的接著劑與隔熱玻璃的密封膠。最後，在紡織品上的塗層樹脂，亦導入相關生質、回收材料以及CO2基材料，以提升產品對環境的永續性並達到減碳及淨零碳排的永續環境目標。
人們活躍的經濟活動伴隨大量的碳排放，全球正在經歷氣候崩潰時刻(Climate Breakdown)。台灣在2023年1月正式通過《氣候變遷因應法》，公告許多因應的碳管理相關法規，政策初期針對國內大型企業(排放源)進行管制，作為中小企業雖然不是直接受到政府政策要求，但是隨著國內外碳稅法規的緊縮，企業必須為未來做好準備，碳盤查和產品碳足跡評估都將是企業永續經營的重要課題。因此，「PET塑膠循環再製低碳機能性透濕樹脂」就我國樹脂與塗料產業在淨零碳排的行動提供新的方案，以多元化的PET循環料源(PET瓶片、PET聚酯布等)，搭配化學解聚–共聚技術，降低化石原料的使用，從源頭有效控管塗料與樹脂生產時的碳排放，並開發機能性防水透濕材料，打造高值化的低碳產品，具體實踐國家對企業期許的ESG(環境保護、社會責任、公司治理)永續發展。
「低碳樹脂與塗料」指出，從國際大廠排放分析中可以發現，塗料公司製造塗料碳排放僅占2%，塗料碳排放以範疇三原料占比最高，樹脂又占塗料最大比例，因此國際大廠通常使用低碳樹脂如低溶劑、生質技術、更低溫乾燥來減少塗料碳排放。工研院開發不揮發分90%以上之多元醇樹脂技術，減少溶劑使用超過30%，維持傳統油性塗料之耐化、耐磨特性外，同時也提升其耐候特性。另一塗料減碳方式，是賦予塗料隔熱性能，能在塗料使用過程中減少建築物空調使用，達到減少碳排放效果。工研院也開發深色反射、高耐候之隔熱塗料技術，成功應用於商業建築，預計節省空調10%，並能有15年以上服務壽命。
主題專欄與其他
「雙環戊二烯衍生物開發與應用」文中指出，C5下游產品應用廣泛，國內台塑石化陸續完成C5分離純化工廠興建，此將有利於C5產業鏈的發展。環戊二烯(CPD)易於二聚成雙環戊二烯(DCPD)，而DCPD在高溫情況下又可解聚成CPD。CPD和DCPD主要用於生產石油樹脂、改性不飽和聚酯、乙丙橡膠(EPR)第三單體－乙叉降冰片烯和聚雙環戊二烯(PolyDCPD)等；此外，DCPD還可用於生產農藥、香料、環氧樹脂固化劑、潤滑油添加劑、阻燃劑、降冰片類衍生物、金剛烷等產品，應用領域十分廣泛。
全球熱塑複材市場商機龐大，預估2032年將可達到690億美元之規模。其中熱塑性碳纖複材具有高強度、輕量化、製造週期短、韌性高、樹脂選擇性高、可回收再應用等優點，能廣泛應用於航太國防、綠色能源以及太空科技產業，為世界各國重點發展之輕量化循環材料。「循環熱塑性碳纖複材開發及應用」介紹國內外熱塑性碳纖複材發展趨勢，分析我國複材產業切入所衍生的產業瓶頸，並從中發展複合式展紗技術，開發高端單方向熱塑預浸材，透過熱壓成型、Hybrid Molding、熱塑複材纏繞加工成型技術，可開發出各種輕量化創新產品，期能為加速複材產業發展做出貢獻。
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