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創新能源材料 引領電動車電池應用

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工研院材化所副組長陳金銘。

由於鋰電池具有高能量密度、高安全性、高功率充放電、長循環壽命等特性,預估2020年全球鋰電池市場達144GWh。尤其動力鋰電池的應用,將高度使用在電動車(50GWh)與電動巴士(17GWh)。

台灣目前鋰電池產業現況,整體鋰電池產值超過1,235億台幣,主要以3C及輕型電動車輛電池模組為主達1,100億、電池芯約50億,鋰電池材料約85億(包括正極 / 負極 / 電解液 / 銅箔等),其中鋰電池材料年均成長率11%。因應電動車與儲能系統需求,可預期未來鋰電池材料需求將大幅成長,進而帶動台灣鋰電池產業的發展。

目前台灣有哪些新能源材料開始導入到電動車電池?工研院材化所副組長陳金銘指出,從動力電池應用端來看,電池的關鍵要求在高能量及高安全。工研院所研發的STOBA材料,導入鋰電池系統具多重安全保護機制,抑制電池內部短路所引發的熱爆走反應。STOBA材料已專利授權台灣亞太三井製造生產,而高安全STOBA電池應用技術也技術授權台灣有量、能元、精極與動能等多家鋰電池廠。

另一高能量車用鋰電池:材化所開發的矽碳負極材料,電容量是傳統石墨負極材料的兩倍,目前此技術已移轉給宏瀨科技。正在開發第二代的矽碳負極材料,除了高容量外更具有長壽命。

由於純電動車不像油電混合車還有汽油引擎的動力提供,因此在純電動車的電力續航力上,更需電池高能量密度,來延長系統能量行駛距離。目前國際上矽負極材料已應用在Panasonic高能量電池及Tesla Model S與2017年要銷售的 Model 3電動車,使用矽碳材料的電池能量密度提高20∼25%,不僅電池價格降低、行駛距離也增加。

至於電動巴士的應用,工研院研發出磷酸鋰鐵錳正極材料(高電壓動力鋰電池)、鈦酸鋰負極材料(快速充電電動巴士電池)。而磷酸鋰鐵正極材料的下一代更優化技術則是磷酸鋰鐵錳材料,電壓提高0.6V,能量增加 15%以上,目前此技術已移轉給宏瀨科技。

為符合歐盟新型汽車需具有ISS怠速啟停功能(idle stop start)與目前正全力發展的48V微混電動車所需的快速充電鋰電池,工研院也研發出搭配鈦酸鋰負極材料的快速充電鋰電池與材料技術。

工研院的快速充電鈦酸鋰負極材料的技術突破點,主是利用金屬摻雜改變材料Band Gap結構增加導電性,並採用奈米結晶及孔隙來縮短鋰離子擴散距離。鈦酸鋰快充電池具有5分鐘快速充飽的功能,且鈦酸鋰電池具有高安全與超長循環壽命1萬次充放電(達20年)特性,也適合搭配再生能源的儲能系統應用,目前此材料技術已移轉給台灣中油。

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