原创 淺談鋰電池之二--制作技术

制作技术

鋰離子二次電池的製作技術如下：

在正極材料部分：

1.        鋰鈷氧化物：最常見的製法是直接以鋰的碳酸鹽和鈷的碳酸鹽類或鈷的氧化物混合後，在空氣中將溫度加熱至 850℃ 鍛燒 20 小時。

Li₂CO₃ + Co₂O₃ 2 LiCoO₂ + CO₂

2.        鋰鎳氧化物 ：它的合成方法可以由 lithium hydroxides ﹝LiOH﹞、Li₂CO₃、nickel hydroxide ﹝Ni(OH)₂﹞、nickel carbonate ﹝NiCO₃﹞及 nickel oxide ﹝NiO﹞來製備。一般有兩種製造方法，一為固態燒結法： 將上述的鋰和鎳的化合物混合，在約 750℃ 的溫度下通入空氣燒結而成。二為溶液法： 是將鋰化合物溶在鎳的溶液中，經乾燥鍛燒即可合成。

3.        鋰錳氧化物：

LiMn₂0₄在天然界中蘊藏量比起 LiCoO₂和 LiNiO₂ 的含量算是相當豐富了，因此只要經過適當的處理便可以得到。但一般要得到較純的 LiMn₂0₄ 常以兩種方法來製備，一為固態法： 混合 MnO₂及鋰化合物，在適當溫度鍛燒而成。二為溶液法： 將鋰鹽及錳鹽溶於水中，控制 pH 值使之完全溶解或形成凝膠，再利用噴霧乾燥或直接鍛燒形成。

在負極材料部分：

1.        石墨類

1.        介穩相球狀碳﹝Mesophase Carbon Micro Beads, MCMB﹞一般是在低溫下將煤球和熔融瀝青反應，再於不同溫度下經熱處理而成。是一種低表面積高緊密度堆積的球狀碳。

2.        氣相成長碳纖 ﹝Vapor-Grown Carbon Fiber, VGCF﹞以碳氫化合物經化學蒸鍍﹝CVD﹞反應，再用不同溫度經熱處理而成。

2.        非石墨類

1.        可石墨化碳類 ---- 軟碳主要為焦碳﹝Coke﹞類，可由瀝青或煤渣而來。

2.        不可石墨化類 ---- 硬碳利用高分子先驅物﹝polymer precursor﹞，在不同溫度下經熱解所形成的無次序碳材。

在電解液部分：

1.        環狀碳酸化合物﹝cyclic carbonate﹞

常用 EC﹝Ethylene Carbonate﹞及 PC﹝Propylene Carbonate﹞ 。

1.        光氣法 --- 利用雙醇化合物﹝glycol﹞和光氣反應。

CH₂OHCH₂OH + COCl₂ -------> (CH₂O)₂CO + 2 HCl

2.        二氧化碳合成法

CH₂OCH₂ + CO₂ -------> (CH₂O)₂CO

2.        鏈狀碳酸化合物

常用 DMC﹝Dimethyl Carbonate﹞和 DEC﹝Diethyl Carbonate﹞

1.        一氧化碳合成法

2CH₃OH + CO + 1/2 O₂ -------> (CH₃O)₂CO + H₂O

2.        酯交換法

C₂H₅OH + (CH₃O)₂CO -------> CH₃OCOOC₂H₅ + CH₃OH

在隔離膜部分：

　　一般的製備方法有延伸法及相分離法兩種。

1.  延伸法 --- 以加熱熔融高分子聚合物，透過紡嘴射出後，初步結晶化再經熱處理，再結晶，再排列後可以增加強度，最後經延伸並形成多孔。

2.  相分離法 --- 以溶劑處理為第一步，其後為結晶化及多孔化的製作。

　　二次電池產品商品化後，它除了可反覆充電以增加壽命外，同時其價格也相當昂貴，因此如何保養二次電池就變得相當重要。以下便一一介紹一些有關鋰離子二次電池的維護保存方法及選購技巧。

鋰離子電池特性：

　　鋰離子電池的自然放電率在不使用時，每天大約會釋放其充量的 1% 或者更少，雖然緩慢，但須防放置時間過久。對鋰電池來說，3.6V 鋰離子電池電壓若降至 3V 以下，7.2V 鋰離子電池電壓若降至 6V 以下，即為過放電情形，會造成鋰離子電池內部損害，減損使用效能。

　　鋰離子電池亦可透過特殊設備快速放電，工廠在品管時，會將電池充飽電，再快速放電至其容量的 20% 左右，以 20% 容量應付每天大約會釋放其充量 1% 或者更少的自然放電率，這種標準動作，可令電池保持最佳狀態從裝船出貨到批發商，再至消費者購買使用，足可保持數月之久無虞。

　　請注意：

1.  每家鋰心電阻值有所差別，電阻值高，“放電率”就低，且電阻值與充電量多寡並不產生任何關係。

2.  剩餘 20% 的電容量，乃對鋰電池最適合之保存狀態。

　　所有產品保養數據之建立皆較保守，除考慮各種例外可能產生之減損，其用意就是要預防人為的疏忽及其所產生的危險。當然，在無損經濟效益的大多數情況下，保養的標準越高，對產品越好。

使用方法

1.        為能將各種不同電池作最有效的利用，須使用正確的方式充放電，才能達到最長的使用壽命與完全的電流供應。

2.        新電池須經過數次完全充電和放電週期後，方能達到最佳效能。﹝週期是指充飽再使用到手機自動關機或發出低電壓﹝電力﹞警示時為一個週期﹞，亦即讓電池充分的經歷高電壓、低電壓的活化過程。

3.        第一次充電時一定要百分之百充足，其綠燈亮起代表僅充到百分之八十至八十五，仍須充電二到三小時。

4.        鎳氫電池最佳的放電方式為定期使用至手機關機。由於鋰離子電池不具有記憶效應，無須放電。

5.        想保持電池最長使用壽命，最好使用到手機發出電壓﹝電力﹞不足警告時，再取下充電。若手機未設有低電壓﹝電力﹞警告時，則至手機已無足夠動力或顯示燈號減弱時，再取下充電。

注意事項 ：

1.  鋰離子電池的電壓僅有 3.6V 和 7.2V 兩種電壓，一般鎳氫電充則有多種電壓，需使用符合其電壓的充電器充電，否則電池有被燒壞的可能。

2.  引擎未發動時勿使用車上充電器，以免因電壓不穩對手機及電池造成損害。

3.  勿使金屬物品接觸到電池兩極造成短路。

4.  不論手機或電池，切勿受潮、摔碰、撞擊或置於高溫處。

5.  超時的充電會減短電池的壽命，建議電池不要充電超過 24 小時。

不同電池的充放電比較：

1.  因為現有充電器所附的放電電路會有過度放電的現象，這將造成電池內部的化學破壞，因此鋰離子電池最好不要使用充電器的放電電路來做放電動作，而減少充電池的壽命及平常可使用的容量。

2.  鎳鎘電池因具有強烈的記憶效應，很容易因充放電不良，而造成可用容量降低，須約在使用十次後做一次完全充放電，若已有記憶效應時，則可以連續做三次至五次完全充放電來釋放記憶。

3.  鎳氫電池因記憶效應較弱（幾乎無），因此約在使用過約五十次時，做一次完全充放電即可。但鎳氫電池因對過放電相當敏感，一次過放電即可能會造成 10～15％ 的破壞，因此鎳氫電池通常是只做充電而不做放電的。

4.  鋰離子電池對充放電的設定條件比起鎳鎘與鎳氫電池則更為嚴苛，因此除電池內附一片控制電路板外，另外須用鋰電池專用的充電器，絕不可使用一般的充電器，避免因控制不當而產生高熱燃燒或爆炸。

保存方法：

　　將欲收藏的鋰離子電池用到手機剩下一至二格﹝約 20%﹞，最好的保存環境是保持在類似冰箱冷藏室的溫度中，並防潮包裝，或置於防潮箱保存。每 3~6 個月取出充電一次，您可隨時檢測鋰離子電池電壓，確保內部電壓在安全電壓值﹝視 cell 廠牌良窳，有的鋰心可容忍比 3V 或 6V 更低電壓值﹞。適時充電，每次充電間隔時間自行決定。使用環境須避免溫度高於 60 度 C﹝140 度 F﹞ 或 低於零下 20 度 C﹝零下 4 度 F﹞，如不可置於長期密閉的車中或煉爐旁。儘量放在陰涼乾燥處，注意防潮。

如何選一個好的鋰離子電池：

　　消費者要辨別一顆電池的好壞實在不容易，就算是拆開外殼觀察也僅能看見電路板與鋰心而已，一般的消費者不懂電路板上面的 IC 型號以及零組件，手機更不像電腦般提供軟體將各種配件完整的資訊呈現在螢幕上，鋰心的使用壽命與效能亦不可經由拆解得知。　　一顆電池採用不同原料在價格與效能上相差頗大，在消費者無從檢測的情況下，業者為了促銷其產品自然好話說盡，但電池品質究竟如何，若無人為其背書則堪虞。有些地下工廠抨擊通路業者對產品外行，並標榜唯有其掌握技術才有品質可言。事實上，市場電池品質之所以水準參差不齊，始作俑者就是缺乏監督的地下工廠本身。電池配件市場為近年來新興市場，具有學習能力的通路商一旦累積經驗後，反而更能提供保障，消費者唯有選購合法管道銷售的產品，才能淘汰來歷不明的劣質品。　　在市場上電池品質極端混亂的今天，成熟的組裝技術並不容易影響品質優劣，不肖業者刻意生產劣質電池圖利才是主因，地下工廠根本未納入生產體系使政府無從輔導，外界對其品質根本沒有約束力，電池製造過程完全處於黑箱作業，萬一使用者發生重大問題。由於工廠並未登記也無正式代理商以致責任追究困難，消費者若是一時貪圖便宜購買來路不明的電池，在使用上較無保障也比較容易受騙，我們也只有對該電池製造工廠寄望以商業道德了。在此僅提供購鋰電池的不二法門：

1.        選擇購買有品牌的電池而非向有品牌的通訊行購買任何電池。

2.        選擇有清楚標示規格、保固條款及售後服務的電池。

3.        不買來路不明或無可靠包裝的電池。

充放電過程：