防鋰電池熱失控 王復民優化正極材料

防鋰電池熱失控 王復民優化正極材料
臺科大特聘教授王復民(右)與研究團隊多年來致力降低鋰電池使用風險、延長電池使用壽命的相關研究,兼顧風險與性能的鋰電池正極材料製備方法為其研究核心。圖 / 臺科大提供

鋰電池目前在電子產品、車用電池以及儲能系統上都扮演關鍵角色,然而,因為熱失控(Thermal Runaway)引發停不下來的連鎖反應,甚或爆炸起火的災害,卻時有所聞。

臺科大應用科技研究所特聘教授王復民,致力電池與有機材料研究長達20年,透過在鋰電池正極材料中加入新開發的寡聚物添加劑,降低電池起火風險、維持電池性能與壽命,榮獲今年有庠科技發明獎綠色科技類獎項肯定。

鋰電池研究有成 性能安全得兼

王復民說,鋰電池是目前儲能最高的電池,若要提升鋰電池安全性、還要能維持性能並不容易,兩者就像翹翹板,希望電池安全,性能就會降低;性能、效率越好或越容易使用,風險就會提高,如何兼顧風險與性能正是「鋰電池正極材料製備方法」的研究核心。

臺科大特聘教授王復民 (左三)以研發鋰電池正極材料製備方法,榮獲2024有庠科技發明獎肯定
臺科大特聘教授王復民 (左三)以研發鋰電池正極材料製備方法,榮獲2024有庠科技發明獎肯定。圖 / 臺科大提供

針對這些痛點,王復民利用添加劑使電池內的活性物質表面形成鈍性膜結構,防止電池正極中的三價或四價鎳離子還原成二價鎳離子,藉以穩定電池內化學反應,有效解決鋰電池在高溫高電壓下的安全問題;同時在保持電池性能下能延長使用壽命。這項技術方案,雖會增加每公斤約3-5%原料成本,但安全測試通過率倍增,成本與安全合理平衡,受到業界喜愛。

無法百分百安全 只能降低風險

鋰電池在儲能技術的應用廣泛,常用於儲能櫃或不斷電系統,特別是24小時不斷運行的半導體廠,鋰電池是保證穩定運作的重要工具。平時儲能櫃多處於靜置狀態,只有在停電或電力故障時啟動,因此相關產業對鋰電池的安全性要求特別嚴格,並持續投資鋰電池技術的改進與升級。

王復民團隊在鋰電池正極材料中加入新開發的寡聚物添加劑
王復民團隊在鋰電池正極材料中加入新開發的寡聚物添加劑,降低電池起火爆炸的風險並維持電池性能與壽命。圖 / 臺科大提供

然而,王復民坦言鋰電池還是無法做到100%安全,現有技術只能將風險盡量降低,或延長使用者在電池起火或爆炸時的逃跑時間。他提到,理想的狀態是鋰電池在發生故障時不會起火爆炸,單純只是失去功能,「讓它安靜體面的結束做為電池的一生。」

台美中專利 三星手機平板採用

目前這項鋰電池正極材料製備方法在台灣、美國和中國已經取得專利,並應用在多家鋰電池製造商,其中,韓國三星多款手機與平板電腦正使用王復民的技術,以提升電池安全、壽命及性能。臺科大研究團隊也持續與至上電子合作,在臺科大新竹分部建立試產與驗證實驗室,針對電動車特殊需求改良鋰電池技術,預計未來將在電動車市場擁有更廣泛應用。

使用鈕扣電池充放電儀,檢測鋰電池在正極材料變化情況下的反應
使用鈕扣電池充放電儀,檢測鋰電池在正極材料變化情況下的反應。圖 / 臺科大提供

王復民積極與業界進行合作,使研究成果更趨近於市場需求,他說,產業界的問題就是我的研究題目。此外,透過廠商可以進行更深入分析、評估,例如:將鋰電池實際安裝在不同電力系統中,由廠商分析哪一種電力系統更適合該款電池;廠商也會回饋結果讓王復民進行後續調整或新技術研發,實現雙贏。

綠色科研 倡全球綠色科技應用

王復民接下來的研究方向,仍將鎖定綠色環保,他指出因鋰電池生產要使用鎳、錳等重金屬,要完全做到綠色製造有相當難度,但外觀、包裝朝使用綠能材料發展,或開發二氧化碳電池、環保有機高分子電池等,可以讓電池製造與回收更友善。

隨著鋰電池技術的快速發展,未來市場需求將更多元,王復民也致力協助政府建立相關法規,讓鋰電池使用的安全規範更受重視,並期待未來可以協助產業技術發展,為全球綠色科技的推廣與應用貢獻力量。

 

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