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运用卷对卷制程 薄膜电池轻薄又可靠

导读: 穿戴式装置对轻薄外形设计的要求,促使薄膜电池技术日益受到市场重视。最新的薄膜电池使用碳酸酯类化合物高黏度溶剂与低黏度内酯类化合物溶剂,达到可挠曲、高安全性及高容量密度,并能利用卷对卷(Roll-to-roll)方式大量生产,降低其制造成本。

  穿戴式装置对轻薄外形设计的要求,促使薄膜电池技术日益受到市场重视。最新的薄膜电池使用碳酸酯类化合物高黏度溶剂与低黏度内酯类化合物溶剂,达到可挠曲、高安全性及高容量密度,并能利用卷对卷(Roll-to-roll)方式大量生产,降低其制造成本。

  自可携式电子产品蓬勃发展以来,可挠曲薄膜电池已受高度重视,包括交通运输用悠游卡片、安全机制用识别器、无线通讯用传输器、金融交易用智慧卡、电子钱包,以及美容医疗贴布等,都须大量使用可挠曲薄膜电池。

  此外,自2013年Google推出智慧眼镜;索尼(Sony)、三星等推出智慧手表,便引爆穿戴式装置的风潮。穿戴式装置不仅能应用于资讯娱乐、运动健身、医疗照护及工业/军事等四大领域,其更能配合手持式装置运用,使行动应用更加多元,进而带动穿戴式装置市场与相关产业链的新兴商机,是产业中极具发展价值的领域。

  迎合穿戴式装置设计 薄膜电池技术日益精进

  薄膜电池基础技术的开发,来自橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory, ORNL)。橡树岭国家实验室明确定义薄膜电池为锂电池的一种,系透过射频磁控溅射和热蒸镀的方式,做为正极、电解质和负极层的制造,其厚度小于数微米。然而,这种技术缺点是制程复杂、设备价格昂贵、电池容量仅Ah范围,因此,难以大量生产,也无法因应穿戴装置需求。

  近来薄膜电池产业竞争厂商数量与日俱增,且各有所长。技术主要以固态电池与高分子基两大技术为主。固态薄膜电池大部分仍使用ORNL开发技术,正极为锂氧化物;负极为锂金属;锂磷氧氮化物(LiPON)为电解质,并利用溅镀或沉积方式,使电极材料附着于各陶瓷、半导体、金属箔或塑料基材上。全球使用这种技术的公司,包括Cymbet、Excellatron、Infinite Power Solutions、Solicore等。

  其中,Solicore使用Polymer Electrolyte(PME)的专利,以涂布方式制造薄膜电池;而Cymbet则用原有ORNL提供的技术,以较低温(100℃)方式制造电池,因此,薄膜沉积的基板将能有更多基材选择,特别是能纳入柔性基板。

  另外,亦有固态电池厂商开发专有技术,用于生产奈米厚度的涂层。此方法称为气相沉积凝固法(VDS),其提供传统真空、电浆和雷射技术,以控制薄膜结构在原子级等级。相较现有方法,气相沉积凝固法能同时达到较快蒸发和沉积速度,但最主要的缺点仍是制造成本相当高,导致市场无法接受。全球薄膜电池厂商产品与规格比较表,如表1所示。

  有别于传统固态电池制造方法,较新颖的可挠曲薄膜电池制造技术,从设计层面来看,新可挠曲薄膜电池拥有固态电池超薄厚度的特性,还可提供电池耐挠曲功能,具高安全性、高容量密度等特色。拓志光机电透过专利技术,能使电池表现像液态电池一样,并且没有安全问题,另外,核心技术是利用碳酸酯类化合物高黏度溶剂,如图1化学式1所示。

  

  图1 化学式1为利用碳酸酯类化合物高黏度溶剂的核心技术;化学式2则表示低黏度内酯类化合物溶剂搭配使用。

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