LMFP/NMC複合鋰離子及鋰金屬電池：材料世界網

謝登存、葉高宏、郭勝瑋 / 工研院材化所

隨著電動車和無人機等新興科技產品的迅速普及，鋰離子電池成為這些產品的核心能源，推動了能源技術與應用的革新。三元正極材料(如：鎳鈷錳氧化物(NMC))被認為是實現高能量密度的主要技術路線，但高鎳材料的應用一直伴隨著安全性和製造成本的難題，需要進一步優化與突破。針對這些問題，本文介紹磷酸錳鐵鋰(LMFP)與NMC複合正極電池技術，20 Ah混摻複合電池展現出優異的能量密度、倍率特性、壽命、低溫特性及安全性；而雙層結構之複合電池技術，可進一步提升電池的性能表現；最後介紹複合正極在鋰金屬電池的特性表現，亦能夠展現出良好的電性及安全性能。

【內文精選】

磷酸錳鐵鋰(LMFP)的優勢與市場潛力

針對LFP在能量密度上的限制，磷酸錳鐵鋰(LMFP)作為新興材料脫穎而出，成為下一代鋰電池技術的重要發展方向。相較於傳統的LFP，LMFP在性能上顯著提升，其能量密度提高了約20%，同時仍保留了低成本、長壽命以及高安全性的核心優勢，這使其在市場中展現出強大的競爭力。LMFP的技術突破為電池行業帶來了全新的可能性，特別是在電動車和儲能應用中，能量密度的提升意味著更長的續航里程和更高效的儲能能力。隨著技術的不斷成熟和生產成本的進一步降低，市場對LMFP的需求正逐步升溫。根據2024年麥肯錫技術市場分析研究(如圖一所示)，LMFP的市場占有率將在2027年達到18%，並在2030年進一步增長至25%。這一數據顯示出LMFP的潛在應用價值及其對電池技術未來發展的深遠影響。未來，隨著LMFP材料的應用範圍逐步拓展，更多針對性改良與創新也將推動其在不同市場中的競爭力，為鋰電池行業帶來更高效、更安全的解決方案。

圖一、2024年麥肯錫技術市場分析

富含三元/磷酸錳鐵鋰複合電池(NMC-rich Composite Cell)–混摻正極

工研院開發三元/磷酸鋰鐵錳複合電池技術，研究不同正極複合比例下之電池特性，以得到兼顧電池能量密度電性及安全性的電池設計；也研究不同製程技術—混摻及雙層塗佈正極電池特性的優劣，從數安時載具電池性能的研究，放大至試驗產線的數十安時電池平台，進行批量電池打樣製作及模組組裝驗證。

富含磷酸錳鐵鋰複合電池(LMFP-rich Composite Cell)–雙層正極

工研院開發富含LMFP的NMC/LMFP複合電池，圖十四是混摻及雙層結構的剖面圖。組成3.5 Ah 40NMC/60LMFP電池的能量密度為215 Wh/kg；其中混摻電池在室溫下進行1,323次0.5C充電–1C放電循環測試後，電池仍保持87%的容量。該電池亦通過了針刺安全測試，電池最高溫度為 90˚C ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。