蘇靜怡、徐俊傑、謝登存 / 工研院材化所
磷酸錳鐵鋰(LMFP)材料具有比磷酸鐵鋰(LFP)更高的能量密度，並且保持了LFP的優良安全性、長循環壽命及低成本特性，可與三元正極複合提升電池性能，適合應用於電動車和儲能系統，種種優勢使LMFP電池的商用化正快速進行中。工研院針對LMFP材料的混漿、輾壓和模切等製程進行研究開發，實現了大規模的生產能力，研發重點包括克服混漿中的膠化問題、提高極板的壓實密度，並優化模切工藝以減少缺陷，確保產品的高穩定性和性能表現。研究團隊導入LMFP電池設計技術並結合可批量生產之工研院試驗產線，成功製備出20 Ah及40 Ah等級的LMFP鋰離子電池，能量密度達210 Wh/kg，展現出優異的電性及安全性。將LMFP極板結合超薄鋰金屬負極，開發出300 Wh/kg LMFP鋰金屬電池，具有良好循環壽命及安全性，可通過嚴苛針刺試驗。
【內文精選】
工研院LMFP電池研發現況
工研院材料與化工研究所儲能材料及技術研究組已投入LMFP材料及電池技術的開發研究多年，材料技術已技轉給國內泓辰科技並成功推廣至國際市場。近年來則致力於LMFP電池生產製程及電池性能提升，藉由材料漿料配方開發、優化高性能極板放大連續製程及電池設計等方向，來提升LMFP電池特性，目前已達到多平台電池尺寸批次放量生產規模。
1. LMFP電池製程
(1) 混漿製程
LMFP正極材料為奈米級材料，二次粒子平均粒徑在0.5~2 μm左右，因材料具有大比表面積且容易吸水，因此在混漿時容易造成漿料膠化(Gelling)現象，而使極板製作品質不良。工研院經過多方的研究，開發的LMFP混漿配方及程序已克服這些問題，且漿料具有良好的流動性(如圖二所示)，並放大至數十公升漿料的混漿製程，展現批次大量生產良好漿料之製程性，達到規模化生產的現況。
圖二、工研院研發具備良好流動性之LMFP漿料
(2) 輾壓製程
以LMFP材料於輾壓製程中提升壓實密度為重點項目，藉以達到高能量密度LMFP電池為目標。工研院藉由開發之壓延技術，克服極板在輾壓過程中因橫向及縱向(TD/MD)的活性物質與基材延伸率較大，造成極板因形變量較大而容易斷料的問題，成功達到捲對捲(Roll-to-Roll)連續生產之高壓實高能量密度LMFP電池。
(3) 極板模切
圖五是工研院混製之純LMFP極板，經高速模切生產出來的極板表面光滑平整，搭配石墨負極組裝成不同容量鋰離子電池進行電性測試，也能有符合需求的性能表現。後續將介紹工研院使用純LMFP極板搭配商用石墨負極製備的鋰電池性能表現 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖五、工研院高速模切之長型純LMFP極板
★本文節錄自《工業材料雜誌》459期，更多資料請見下方附檔。