在廣義的定義中,只要電解液中工作的離子是「鋰」,就可稱之為「鋰離子電池」。
而「鋰離子電池」的工作原理與其內部常見材料為何?下文我們將根據目前市場上的材料應用做一篇簡單的探討。

鋰離子電池的工作原理

回顧鋰離子電池40年來的發展與應用—小從穿戴裝置到電動車、大至通信基地台到宇宙太空站,各式不同體積、重量的鋰離子電池與我們的日常生活緊密連結。鋰離子電池堪稱劃時代的發明,它的出現迅速推動文明與科技的演進。而「電」究竟是如何透過鋰離子電池的內部反應轉換而得呢?

鋰離子電池的工作狀態可分為充電狀態放電狀態兩方面來說明。 鋰離子電池顧名思義,就是利用「鋰」離子的移動來完成充/放電工作 。在充電狀態下,鋰離子會從含鋰的正極中釋出,此時鋰離子利用電解液作為擴散媒介穿過隔離膜、嵌入鋰離子電池的負極材料,達成儲能工作。放電狀態時,鋰離子會再由負極中遷出,藉電解液擴散穿越隔離膜,回到正極,如此便能在鋰離子電池有限的循環壽命(Cycle life)中,透過反覆充/放電動作驅動各式鋰離子電池裝置。

*圖1: 鋰離子電池的工作原理:充電狀態

*圖2: 鋰離子電池的工作原理:放電狀態

延伸閱讀: 鋰離子電池市場之未來發展趨勢

除了正極外,電解液中是否含有「鋰」元素呢?

組成鋰離子電池的四大元件—分別是:正極 (Cathode)、負極 (Anode)、隔離膜 (Separator) 以及電解液 (Electrolyte),而各元件在市場上廣泛採用之材料與特性摘要如下:

正極 (Cathode):

通常使用具導電性的鋁箔作為集流體,再把含「鋰」的金屬氧化物與溶劑 (Solvent)、粘合劑 (Binder),以及導電劑 (Conductive agent)一起塗佈在鋁箔上,並加入些許導電物質。鋰離子電池的循環壽命與正極所使用的材料息息相關,研究顯示若以磷酸鋰鐵為主要正極材料,電池循環壽命估計可達三萬次;若採用三元系(鎳錳鈷NMC/鎳錳鋁NCA),則僅只數千次。正極製程尚有諸多開發潛能與機會 (例如:將可提升電池安全性的添加劑導入正極製程),是鋰離子電池產業未來發展的重點之一。

延伸閱讀: 為什麼要使用鋰離子電池添加劑?

負極 (Anode):

拜成本穩定及高安全性等優勢所賜,市場上有高達90%的鋰離子電池以石墨作為負極材料。在鋰離子電池市場 (如智慧型手機、特斯拉、Gogolo等商品)逐步追求高電容量的發展趨勢下,許多研究團隊投入以矽或矽氧為主的矽基負極材料開發,以期能提高電池的能量密度。

隔離膜 (Separator):

以聚丙烯(PP)/聚乙烯(PE)等塑料所製成的微孔隙薄膜,置於正負極板之間,用以阻絕正負極以避免電池自我放電及兩極短路等問題。隔離膜上布滿大量可使鋰離子通過的緻密微孔,讓電池得以形成完整的充放電迴路。

電解液 (Electrolyte):

作為鋰離子在正負極之間順利傳遞的介質,鋰離子電池電解液的常見主成分有EC/DMC/PC等,在鋰離子電池的性能表現上扮演極重要的角色。若欲提升電池循環壽命、安全性以及鋰離子的傳輸特性等效能,可從電解液配方與電解液添加劑著手改善。合適的鋰離子電池電解液可使鋰離子電池效能發揮到極致。

 

HOPAX在鋰離子電池電解液領域的研發方向

HOPAX自2008年起便依循「高電容」的市場趨勢,陸續開發出一系列鋰離子電池添加劑電解液,並取得多項發明專利,其中以高鎳電解液配方及矽氧電解液配方為其研發強項。HOPAX亦提供客製化服務,可依照客戶產品屬性、材料特性・以及應用情境等調整、優化配方。HOPAX專業而精實的研發團隊藉由與各界專業人士的合作,其研發方向更趨創新且貼近市場需求・產品品質與服務亦獲得客戶一致讚揚。HOPAX更以終端使用者的安全為使命,致力開發可提昇電池安全性的添加劑配方。身為鋰離子電池專家的您不要再猶豫,就讓HOPAX與您一起攜手合作、邁向鋰離子電池的嶄新世代!

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發佈日期:2021.02.08