現今鋰電池開發目標除了針對高性能、高容量需求外，對於安全的要求也不容小覷。為兼顧電池性能提升與加強電池安全性，首先必須了解電池的材料特性與熱反應產生的機制後，才能在新材料的結構設計開發與電池內部安全機構的設計上做一整體性的配合。
由工研院材化所研發之高安全性鋰電池材料－ STOBA，在2009 年榮獲全球百大科技研發獎(R&D 100 Award)。STOBA 為奈米級的高分子材料，添加在鋰電池會形成防護膜，就像是奈米級保險絲保護著鋰電池。如圖一所示，當鋰電池遇高熱、外力撞擊或穿刺時，電池產生內短路，電池內部溫度會迅速上升，當電池溫度升高至第一道防護措施啟動時，隔離膜先產生閉孔，阻絕Li 離子通過，但是當溫度大於140°C 後，隔離膜會溶解，同時造成正負極全面接觸而短路，伴隨電池內部有機溶劑的揮發與燃燒，造成正極金屬粉末高溫裂解而釋放出氧氣產生自燃，起火燃燒。而電池內部加入STOBA ，第一道防護失效後，電池內部持續反應，溫度約在180~250°C時，第二道防護的STOBA 會熱作動產生聚合效果，阻斷電化學反應，進而防止鋰電池產生高熱，確保3C 產品電池及電動車輛電池的安全性。添加奈米STOBA 高分子之鋰電池，在安全上已與傳統商用的鋰電池有明顯的鑑別度，能抑制鋰電池的內部短路，減少熱失控的發生，且經由電性測試，其高溫的循環壽命表現也優於目前商用的鋰電池，因此大幅提升台灣在鋰電池市場的競爭力。
熱分析技術原理介紹
1. DSC
針對電池材料進行熱穩定分析時，常使用微差掃描熱卡計(Differential Scanning Calorimeter; DSC)做為評估工具，藉由對樣品以固定速率升溫，當樣品發生蒸發、融化、結晶等相變化時，會伴隨能量的吸放熱變化，而藉由能量隨溫度或時間的變化情形，即可判定材料的反應熱、熔點、玻璃化溫度、結晶溫度、比熱、熱穩定性、交聯反應熱、反應起始溫度等熱性質，如圖二所示；另外可透過加速量熱儀(Accelerating Rate Calorimeter; ARC)量測自加熱速率及模擬物質在絕熱狀態下，反應過程的溫度與壓力變化，進而對材料的熱穩定性進行評估。DSC 主要分為功率補償型DSC(Power Compensation DSC)和熱流型DSC(Heat Flux DSC)。
圖二、DSC 可測量到的熱性質
工研院採用Perkin Elmer DSC 8500（熱補償式DSC）進行測試，熱補償式DSC 相對於熱流式DSC ，具有較高的能量精確度及準確度、爐體質量小、可快速達平衡，且爐體採用鉑− 銥合金，具抗氧化耐腐蝕之效果及快速升降溫之各項優點。
2. ARC 原理
加速量熱儀(Accelerating Rate Calorimeter;ARC)結構如圖五所示，是密閉性良好的絕熱卡計，樣品的四周有加熱器，樣品旁有熱電偶線監測樣品的自加熱速率(Self-heating Rate)，即單位時間的溫升(dT/dt ， °C/min)越大，表示該反應的速率越快，單位時間放熱量越高。
工研院採用的ARC 儀器為NETZSCHARC-254 ，由絕熱卡計可得到的數據為溫度vs.時間的圖，如圖六所示，量測到自加熱速率大於放熱檢測閥值，系統停止加熱，對樣品進行絕熱跟蹤，將此區段的溫度對時間進行一次微分(dT/dt)，即能得到自加熱速率(Self-Heating Rate; SHR)，經由程式軟體選擇，即可得到以溫度為橫軸，自加熱速率為縱軸的圖。
STOBA 應用於鋰離子電池之特性探討
為了瞭解STOBA 的添加是否能提升電池安全性能，在混漿過程中加入少量的STOBA 製備而成的極板組成電池，充飽電後對電池進行安全、電性及正極材料熱分析測試。
以下將討論容量10Ah 之LNCM 鋁箔包電池，有/ 無添加STOBA 及充飽電後進行穿刺實驗結果，穿刺針徑為2.5 mm 、穿刺速度為1 mm/sec 、穿刺深度為全穿。而為了測量到電池準確溫度，工研院採用將熱偶溫度線埋在針內的裝置進行穿刺……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文
圖十、(a) 10 Ah 軟包裝電池添加STOBA 之穿刺結果；(b)10 Ah 軟包裝電池無添加STOBA 之穿刺結果，最後起火燃燒
作者：陳鴻儀、蘇靜怡、吳弘俊 / 工研院材化所