林姿伶/ 發布日期：2019/08/22/ 瀏覽次數：170

鋰離子電池的應用範圍廣泛，可於電動車、飛機、能源等產業中作為儲能之用，藉以取代石油燃料，有助於延緩環境的惡化。目前，將鋰離子電池作為能源應用所面臨的挑戰如下：(1)製作成本高，占電動車總成本的40％；(2)相較於石油燃料所提供之動力源，鋰離子電池的充電時間長、行駛距離短；(3)快速充放電的過程會造成電池過熱，進而發生燃燒的危險性。因此，要如何降低電池成本、提升電池容量與充電速度，以及更具安全性的鋰離子電池，成為電池技術商與研究單位所關注之議題。以下將說明鋰離子電池之技術展望。

一、電極材料新技術：
(一)以矽奈米複合材料作為鋰離子電池的陽極。
技術開發者：美國席拉奈米科技公司(Sila Nanotechnologies)。
技術概況：以矽奈米複合材料作為鋰離子電池的陽極，讓電池在相同的空間內能收集更多能量，提升電池容量。該技術中的矽奈米複合材料，其能量密度高，讓電池能以較少量的陽極材料來儲存更多的鋰離子，並且利用多孔支架圍繞矽原子，提供額外的空間來容納鋰離子，克服了電池因經過多次的充放電、產生體積的膨脹與縮小現象，而導致漏液之問題。
應用範圍：預計將先應用於可穿戴裝置，後續將導入電動車電池。

(二)經由氟摻雜製程，以錳替代鈷為陰極材料。
技術開發者：美國加州大學伯克利分校。
技術概況：在無序結構(disordered structures)之下，透過氟摻雜製程，以錳替代鈷作為陰極材料，讓陰極可容納更多鋰離子，進而提高電池容量，能量密度由500至700 Wh/kg提升為1000 Wh/kg。另外，該技術亦可改善錳材料的資源可用性。
應用範圍：筆記型電腦、手機、電動車。

(三)以奈米複合材料作為電極。
技術開發者：印度Gegadyne Energy公司。
技術概況：使用具高儲能的奈米複合材料作為電極，並結合靜電與電化學的方式來儲存能量，使電池的循環壽命更長，充電時間更短、速度更快。該技術可以在15分鐘內快速充電，電池將以圓柱狀、袋狀、方狀的形式呈現。
應用範圍：電動車。

二、電極塗層、電池催化劑、結構之新技術
(一)以石墨烯塗層包覆陰極。
技術開發者：美國伊利諾大學芝加哥分校。
技術概況：該技術將導電石墨烯包覆在鋰鈷氧化物(LiCoO2)陰極上，在高溫下，氧無法從石墨烯中滲出，所釋放的氧氣大幅減少，即使在200次充放電循環後，也仍表現其優異性能。該技術之石墨烯塗層具有阻燃功能，可抑制氧氣產生，增加電池安全性。
應用範圍：手機、電動車。

(二)新型催化劑之開發。
技術開發者：美國伊利諾大學芝加哥分校。
技術概況：開發出15種不同類型的二維(2D)過渡金屬硫化物(Transition metal dichalcogenide；TMDCs)作為鋰空氣電池之高效催化劑，主要目的為改善電池內部的化學反應，藉以提高充電效率、增加電池容量，另外，該技術之催化劑與電解質兼容，因此，具高電導率與高電子遷移率，於電池充放電之過程更快速。相較於傳統的鋰空氣電池催化劑，該技術之電池容量可提高10倍，且藉由每次的充電，電動車的行駛里程可達到400至500英里。
應用範圍：電動車、筆記型電腦、手機。

(三)創新的電池結構。
技術開發者：美國新創公司Cadenza Innovation。
技術概況：開發出鋰離子超大電池(Super-Cell)技術，利用大型的捲繞式電池芯(Jelly Roll)，接收電力來充電，並搭配阻燃散熱材料，以實現低成本、高能量密度、高安全性的大電池系統。該公司與中國深圳比克動力電池公司(BAK Power Battery)合作製造鋰離子電池及其模組；另外，該電池技術已實施於飛雅特Flat 500e汽車模型。
應用範圍：電動車、飛機、電力產業。