鋰電池市場與電池技術趨勢
根據日本技術系統研究所(Technology System Research)在2011 年Q2 的調查報告指出，全球二次鋰電池的市場需求量在2010年時為 39 億顆；預估2016 年全球二次鋰電池的市場需求量將達70 億顆以上（不包含電動車與中國大陸市場），從2010 年至2016 年的年複合成長率約11.1%。
高容量正極材料技術
1. 層狀結構正極材料
從1992 年開始， 3C 可攜式電子產品以鋰鈷氧化物(140 mAh/g)正極材料為主，日本Nichia 、Semi 、Nippon Chemical 、FMC 與韓國UM 廠為最大供應者；鋰鎳鈷錳氧化物(155~170 mAh/g)與鋰鎳鈷(>180 mAh/g)氧化物，最近三年開始大量應用於3C 鋰電池正極材料，主要以日本Tanaka 、Nichia 、Toda Kogyo 與韓國UM、L&F廠的生產量為最大。
3. 橄欖石結構正極材料
包括磷酸鐵鋰、磷酸鐵錳鋰、磷酸鈷鋰、釩酸鈷鋰、釩酸鎳鋰等，其中磷酸鐵鋰正極材料已量產商品化，主要以加拿大Phostech 、美國A123 、台灣立凱與Valence為最大。高工作電壓的磷酸鋰鐵錳正極材料在1~2 年內將可量產商品化。釩酸鈷鋰、釩酸鎳鋰雖具有更高工作電壓，但材料導電度太低，高功率應用有困難，另一方面也須考慮耐電池高電壓電解液的使用匹配問題。
正極材料之克電容量（>180 毫安培小時）較傳統鋰鈷材料克電容量(約140毫安培小時) 高30% 以上，價格是傳統鋰鈷材料的80% ，且藉由奈米氧化層表面改質技術，以提升材料安全性，圖九為高容量鋰鎳鈷正極材料之粉體外觀SEM 圖及晶粒表面之奈米表面改質層TEM 圖。利用晶粒表面之奈米表面改質層來降低材料放熱量，大幅提高材料安全性，圖十為高容量鋰鎳鈷正極材料之DSC 放熱圖及循環壽命。另一方面，藉由奈米氧化層材料表面改質的鋰鎳鈷正極材料也同時具有優異的結構穩定性與熱穩定性。球狀奈米結構大幅提升材料之大電流充放電能力，因此高容量鋰鎳鈷電池不但具有大電流放電能力，且通過電池安全測試。工研院材化所利用奈米結構複合電極材料技術，開發完成高容量、高安全性鋰鎳鈷正極材料合成與專利技術，鋰鎳鈷(LiNiCoO2)
圖十、高容量鋰鎳鈷正極材料(a) DSC 放熱圖；(b)循環壽命圖
高容量負極材料技術
1992 年初期的負極碳材以焦碳為主(220~240 mAh/g)，逐漸由介穩相球狀碳 (310~320 mAh/g)、人工石墨與天然石墨所取代(340~360 mAh/g)。碳粉材料系統的克電容量已達到碳粉理論電容量(372 mAh/g)的瓶頸。隨著下世代3C 整合產品及高功率系統產品的電源需求，傳統碳粉材料性能已無法滿足高容量鋰電池，需要開發下世代高克電容量的負極材料。
高安全隔離膜技術
鋰電池隔離膜種類包括高分子膜(PE 、PP)、不織布纖維(Nonwoven Nanofiber)與陶瓷複合隔離膜(Ceramic Composite Separator)。鋰電池隔離膜是利潤豐厚，但技術門檻極高的產業，目前全球的鋰電池隔離膜廠以日本與美國為主，包括Tonen(25%)、Asahi Kasei (26%)、Celgard (27%)、UBE Industry(9%)、SK (8%)、Entek (4%)與Sumitomo(1%)等公司。隔離膜技術發展從單層PP 或PE 隔離膜、三層PE/PP/PE 隔離膜、不織布纖維，到陶瓷複合隔離膜，低價/ 高安全隔離膜技術是未來發展方向。
工研院開發完成全球領先的超分岐高分子結構材料(STOBA)合成與電池應用技術，利用STOBA 末端具反應活性基，在高溫反應時具有閉鎖與自身終止特性，提高鋰電池安全性，圖十九為超分岐高分子材料結構圖。將STOBA 導入鋰電池進行材料應用驗證，具有高安全特性與長循環壽命等優勢， STOBA 是一種奈米級的高分子材料，加入鋰電池中可形成一層保護膜，宛如奈米級的保險絲，抑制電池內部短路所造成的熱爆走，大幅提高鋰電池的安全性，圖廿為高安全STOBA 電池抑制鋰電池熱爆走的機制圖。目前已完成8 案28 件專利群申請，該技術專利群可直接廣泛應用在電池廠來製造各式鋰電池……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文
圖十九、超分岐高分子材料結構圖
作者：陳金銘 / 工研院材化所