新型鋰電池技術─高能量密度軟包鋰電池技術及高效能電解質技術

■ 技術簡介
● 高能量密度電池開發─表面修飾優化
鋰電池的應用市場上,消費性電子產品對於電容量的需求仍然不墜且翹首以待,終端品牌廠商仍然傾向於選擇能量密度更高的電池進行設計,但現今消費性產品皆具有多功能高運轉的設計,導致裝置高耗能的問題備受重視,且在輕薄短小的需求條件下,影響其電池的設計彈性,進而牽動國內電芯產業的銷售競爭力。目前國內電芯廠之能量密度最高只達600Wh/L,相對於國際電池大廠之能量密度(>650Wh/L) 有段差距,難以支撐國內手持行動裝置發展,因此本研究室已開發出與國際大廠相當的高能量長效高安全鋰電池技術。
現今鋰電池為了實現高能量密度需求,正極材料朝向高克電容量之高鎳化材料與高電壓材料發展,目前市售均多以NMC 或NCA 材料為主,雖然提高鎳含量,有助於提升電容量,但卻有晶體結構相變化以及金屬離子溶出等缺點,造成使用後循環壽命不佳,本研究室所開發的高能量電池設計整合了多項技術,其中針對正負極材料進行改質( 高電壓鈷酸鋰正極材料表面化學改質、高容量石墨負極材料改質與複合矽碳材料),使其電池能有效提高工作電壓及降低電化學不可逆,達到高效的電池使用容量,以提高電池能量密度的功效,其中正極材料改質採用混摻、殼層、包覆等技術,減少結構相轉變與金屬離子溶出的情況,進而提升循環壽命,且此表面改質層兼附有高安全作動的功效,當電池發生微內短路時,改質分子會引發作動反應,阻絕離子與電子的流動進而改變電池的熱爆走行為( 曲線平緩延遲、熱波峰位移、反應熱降低)。在電池設計端有進一步針對製程最適化調整極板結構、堆疊設計搭配超薄型鋁箔包電池空間設計,並藉由優化整合型的SEI 效能,兼顧多種功能性的需求,可使目前電池能量密度由650Wh/L 再次提升,以利落實國產化技術開發。除此之外,在安全性部分,可透過市售行動電源產品,針對其中鈷酸鋰與三元正極材料等進行材料表面化學改質,並搭配相關合適電池組裝材料,在不影響電池特性下,有效降低其電池當危害發生時之化學反應熱,增進其電池使用之安全性,以解決長期以來高鎳化材料電池所存在安全疑慮等相關問題。
另外在發展類固態電解質部分,開發出的高效能複合電解質技術,在結構中結合有機黏性高分子與無機超導晶體的複合結構,達到能具有良好的離子導電特性、高溫穩定性(>250℃ ) 及容易加工等特性,因具有高分子的特點並且搭配軟包設計,可針對不同客戶之產品電性及大小需求,客製化出專屬的薄型電池,在應用上也更輕薄短小,達成可彎可折之電池設計。
 
■ 正極材料之表面改質層之功能說明
正極材料之表面改質層之功能說明
 
■ 高能量密度高安全電池開發
● 技術突破
高能量密度高安全電池開發-技術突破
 
■ 印製型高分子超薄型電池技術
● 高效能電解質技術
► 高效能電解質技術特色
    ► 高導電度
    ► 熱穩定性佳
    ► 介面阻抗低
    ► 電化學穩定性佳
    ► 連續網印電解質技術 (Roll-to-Roll)
    ► Separator-free 特性
 
● 可撓超薄型電池技術
► 可撓超薄型電池技術特色
    ► 高撓曲度
    ► 厚度輕薄 (<0.5mm)
    ► 製程簡化
 
工研院材化所 N500 先進薄型電池研究室
★以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
相關文件:2019MCL-N500.pdf

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