鋰電池製程 製作 :4A 蘇棓源 4A 翁晨凱
目錄 認識鋰電池 早期研發 鋰離子電池的原理 鋰電池的生產要素 各種鋰離子電池的優劣
一.認識鋰電池
鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、 使用非水電解質溶液的電池。鋰金屬 鋰電池是一種將化學能轉換成電能的裝置， 因具有可攜性、可視需要組合、高能量密度以 及無排放噪音與廢氣的優點，所以在許多的領 域受到普遍的應用，從微小的手表電池到汽車 電池都使用到鋰電池。 由於鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金 屬的加工、保存、使用，對環境要求非常高。 所以，鋰電池長期沒有得到應用。隨著二十世 紀末微電子技術的發展，小型化的設備日益增 多，對電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進 入了大規模的實用階段。
二.早期研發 最早得以應用於心臟起搏器中。鋰電池的自 放電率極低，放電電壓平緩。使得起植入人體 的搏器能夠長期運作而不用重新充電。二氧化 錳電池，就廣泛用於計算機，計算器，數位相 機、手錶中。 為了開發出性能更優異的品種，人們對各種 材料進行了研究。從而製造出前所未有的產品。 比如，鋰二氧化硫電池和鋰亞硫醯氯電池就非 常有特點。它們的正極活性物質同時也是電解 液的溶劑。
1992 年 Sony 成功開發鋰離子電池。它 的實用化，使人們的行動電話、筆記本 電腦等攜帶型電子設備重量和體積大大 減小。使用時間大大延長。由於鋰離子 電池中不含有重金屬鎘，與鎳鎘電池相 比，大大減少了對環境的污染。鎘
三.鋰離子電池的原理 構成鋰電池的四個主要部分為： 電極（正極與負極） 電解液 隔離膜及 罐體
電解液（ electrolyte ）：在陰陽極發生 了氧化還原反應後，電子透過外部線路 傳遞而產生電流，在內部帶電離子則是 透過電解液﹝ electrolyte ﹞在陰陽極之間傳 遞。 隔離膜（ separation film ）：隔離膜是 放置於兩極之間，作為隔離電極的裝置， 藉以避免兩極上的活性物質直接接觸而 造成電池內部的短路。但隔離膜仍需能 讓帶電離子通過，以形成通路。
罐體（ shell ）：電池的外殼，主要用以保護 內部結構，所以需要有良好的機械結構、耐 熱、耐震動及耐腐蝕等性能，常見的罐體造 型有圓筒型、方型、鈕扣型等，罐體材料則 以鋁罐及鋼罐為主，其中又以鋁罐為最佳選 擇。 電極 (electrode) ：電極是由活性物質與 導電極板所構成，所謂活性物質是指在 導電極板上可進行氧化還原的物質。電 池的電極是將化學能轉換成電能的所在， 而依其所發生的氧化或還原反應又有負 極（－）與正極（＋）之分。
四.鋰電池的生產要素 技術要求：鋰離子電池的技術困難度遠高於其 他電池，其專業及技術領域包括 1. 材料配方的技術：主要是開發高性能且低成本 的正、負極材料等，並達到配方的最佳化條件。 2. 開發設計的技術 : 有研發各種電池規格的能力。 3. 極板製程的技術 : 提昇電池良率及降低生產成 本的主要技術。
4. 電池封裝的技術 : 影響電池性能及安全性的主 要因素。 5. 活化測試的技術 : 新電池的活化使電池的品質 達到最佳化，完成後的經測試流程再將電池 分級。 6. 安全儲存的技術：存放處所的環境要求及設 計，關係到保存年限及安全問題。
五. 各種鋰離子電池的優劣 正極材料的選擇決定了電池的容量、安全性和老化特性。其中鈷 特別提供了極佳的容量和老化特性，但與其他的材料相比，鈷的 安全性就差了些。
鋰鎳鈷電池 鋰鎳鈷電池是鋰鎳電池和鋰鈷電池的固 溶體（綜合體），兼具鋰鎳和鋰鈷的優點， 一度被產業界認為是最有可能取代鋰鈷電池 的新正極材料，但鈷正極電池在放電的過程 中往往會形金屬鋰。因為金屬鋰具有易燃的 特性，如果安全措施失效時，金屬鋰往往引 發燃燒，所以安全性還是無法有更大突破。 因此，全球相關業者的主要發展集中在 基於錳或磷酸鐵的正極：「 LiNiO2 」（鋰鎳 電池）、「 LiNi0.8Co0.2O2 」（鋰鎳鈷電 池）、「 LiMn2O4 」（鋰錳電池）、「」 （鋰鎳鈷錳電池）和 LFP （磷酸鋰鐵電池） 以提昇其安全性，但提高安全性的代價是電 池容量略有下降，且使電池的老化速度加快。 LFP
鋰錳電池 鋰錳電池的成本低且安全性比鋰鈷 好很多，但循環壽命欠佳，且高溫環境 的循環壽命更差，高溫時甚至會出現錳 離子溶出的現象，高溫造成自放電嚴重， 以致儲能特性差。 鋰鎳電池 鋰鎳電池的成本較低且電容量較高， 不過，製作過程困難且材料性能的一致 性和再現性差，最嚴重的是依然有安全 性問題。
磷酸鋰鐵電池 磷酸鋰鐵電池則同時擁有鋰鈷、鋰鎳和鋰 錳的主要優點，但不含鈷等貴重元素，原料價 格低且磷、鋰、鐵存在於地球的資源含量豐富， 不會有供料問題，而且，工作電壓適中 （ 3.2V ）、電容量大（ 170mAh/g ）、高放電 功率、可快速充電且循環壽命長，在高溫與高 熱環境下的穩定性高，是目前產業界認為較符 合環保、安全和高性能要求要求的鋰離子電池。 不過，磷酸鋰鐵 LFP 電池的正極材料一直有專 利問題存在，目前主要的 3 種技術和化合物分 別由全球 3 家業者掌握，包括源自美國德州大 學的 LiFePO4 ，以及另外兩種 Nanophosphate 和 NanoCocystallineOlivine （ NCO ）。
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