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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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技轉STOBA防爆技術 鋰電池產業站上國際

胡湘湘

工研院研發高安全電池材料STOBA,在鋰電池材料上所增加的成本並不高,且具備壽命長、重量輕及耐高溫等優點,在未來的電動車及智慧型手機等市場,將有相當大的市場潛力。日前已成功獲得日本亞太三井化學青睞,共同簽署STOBA專屬授權合約。

現在已十分普及的鋰電池,撐起每年近新臺幣500億元產值的電動車市場。而鋰電池的重要關鍵在於防爆安全,工研院成功研發出全球首創的高安全電池材料STOBA(Self Terminated Olygomers with hyper-branched Architecture),更於2009年榮獲全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)肯定,日前更成功獲得日本亞太三井化學青睞,共同簽署STOBA專屬授權合約。預計於2016年在臺成立STOBA生產據點,將可大幅提升鋰電池安全。

運用三井化學全球據點 將STOBA行銷海外

工研院院長徐爵民在簽約記者會上首先表示,三井化學是日本極具代表性的化學工業公司,具有豐富材料商品開發與量產經驗,與國際汽車品牌廠商關係緊密。工研院期待專屬授權三井化學公司後,透過三井化學在臺的高安全電池材料STOBA生產基地進行量產外,也透過三井化學與汽車產業的關係,將高安全電池材料STOBA推廣到全球,塑造STOBA-inside電池為國際安全電池的形象,快速切入國際品牌鋰電池供應鏈,帶動臺灣電池相關產業發展。

這樁臺日聯姻的另一方家長──三井化學執行常務董事諫山滋表示,成立於1997年的三井化學,未來14年經營計畫將聚焦在車載應用(Mobility)、健康照護(Health Care)、食品與包裝(Food & Packaging)等領域,其中電池材料是車載應用被看好且持續成長的項目。

「工研院研發的高安全電池材料STOBA有特殊機制防爆,可運用在電池材料上,符合市場重視的安全性。」諫山滋指出,經過審慎評估後,三井化學向工研院專屬授權高安全電池材料STOBA。未來三井化學將結合公司專長的高分子科技,推動高安全電池材料STOBA成為全球性電池標準安全材料,相信也可對臺灣的相關產業發展有所貢獻。

協助切入鋰電池產業鏈 STOBA獲國內外廠青睞

此次臺日聯姻的見證人──經濟部技術處副處長傅偉祥則表示,高安全電池材料STOBA,2009年來吸引全球各大鋰電池廠的注目,已促成國內包括能元、有量、興能、精極等四大鋰電池廠進行量產應用及產品銷售。也接獲日本不斷電系統、行動電源訂單及國外車廠合作開發電動車電池,成果豐碩。經濟部期待專屬授權三井化學公司後,能提升臺灣電池芯廠STOBA-inside電池在國際上的能見度,強化國際競爭能力,建立臺灣高安全高品質之鋰電池產業。

工研院研發出的STOBA技術,全名是「自身終止高分歧寡聚物技術」,是一種奈米級樹枝狀結構的高分子化合物,當電池異常使得溫度不正常升高時,會自行形成一道薄膜阻隔鋰離子流動,以穩定電池,避免爆炸,等於是在鋰電池內放置奈米級保險絲。

從2009年獲得美國全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)後,STOBA從實驗室走向量產,再到海外授權,這條路走了5年。

不僅是「STOBA材料技術」的開發者,同時也是促成此次臺日聯姻案的工研院材料與化工研究所組長潘金平表示,歷經5年反覆實驗成功開發,經由全球成功推動第一個商業化鋰電池的前索尼首席常務兼技術長的西美緒大力向三井推薦,才開始彼此合作的契機。

大鴻鵠計畫助攻 促成臺日聯姻

2012年,潘金平參加工研院針對主管所進行的「大鴻鵠」人才培訓計畫,前往東京辦事處展開跨國交流,在東京經由素有「鋰電池之父」之稱的西美緒引薦,才開始與三井化學進行接觸。

「在三井化學見識到國際級的研發水準,這家公司還邀請諾貝爾化學獎得主進行講座,讓員工能夠接觸到最前瞻的科學研究」,潘金平回憶起第一次接觸三井化學的經驗,讓他對這家公司產生無比信心。

工研院副院長劉仲明表示,鋰電池是現有電子產品重要的動力來源,卻也是最不穩定的電子零組件,以前無法要求安全的鋰電池,是因為全球都沒有解決方案。現在發展的高安全性STOBA鋰電池技術,能有效提升鋰電池安全性,大幅降低電池爆炸事件機率。工研院開發全球獨創的高安全性STOBA鋰電池材料,已經申請多項專利,此次透過專利授權,讓臺灣鋰電池產業站上國際舞台。

日本三井化學公司預估,在2020年時,隨著車用市場擴大,鋰電池的市場也將倍增,預估將從40GWh擴增至80GWh,特別是高能源系的正極材料市場擴大,將帶動高能量鋰電池需求,安全性的要求也隨之提升。

鋰電池的安全問題主要來自於電池內部溫度升高,包括電池不當加熱、過度充電、正負極材料接觸造成短路等等。當內部溫度持續上升且無法控制時,分開正負極的隔離膜就會開始熔化、穿破,造成大量電流短路,使得電池溫度瞬間急遽升高,最後產生熱 能爆升,噴出大量氣體,引發起火燃燒或爆炸等危險。

工研院研發的STOBA技術,是當電池異常使得溫度不正常升高時,會自行形成一道薄膜阻隔鋰離子間流動,以穩定電池,避免爆炸,藉此提高電池的安全性,在臺灣已經有中華汽車的e-moving電動車、E-Bike及智慧型手機等產品應用STOBA電池。

「即使在臺灣已經有應用實績,但剛開始合作時,三井化學仍是半信半疑」,潘金平指出,由於西美緒出面擔保,加上三井負責主管特別到東京淺草寺求得上上籤,在「神明也掛保證」的情況下,雙方得以在2012年起開始展開合作計畫,經過2年的驗證,最後終能開花結果,順利合作。

然而,初期的合作才是挑戰的開始,潘金平表示,日方做事十分嚴謹,不僅成立超過20人的團隊進行STOBA技術研究,更定時派員到工研院的實驗室進行測試,舉凡TESLA電動車、高能量電池、手機、NISSAN汽車等,都要列入實驗計畫中,往往一個實驗要進行2個星期,「工研院同仁就好像考生一樣,接受嚴格的考試」,潘金平表示,這段歷程雖然辛苦,但事實證明2年下來,工研院已順利通過層層的考驗。

儘管工研院耗費許多時間和經費研發STOBA技術,但潘金平指出,運用STOBA在鋰電池材料上,所增加的成本並不高,且具備壽命長、重量輕及耐高溫等優點,其中,可提昇續航力1倍、減少重量及體積40%、延長1倍使用壽命,在量輕質佳的優勢下,可充分滿足消費者對電動車輛續航力、壽命、安全等需求。在未來的電動車及智慧型手機等市場,將有相當大的市場潛力。

在與日本三井化學洽談專屬授權時,工研院特別要求日方要在臺灣設廠,以扶植國內產業,因此,三井化學成立子公司亞太三井化學公司,預計在2017年設置新工廠,並結合三井化學既有的高分子化合物及複合技術,在正極、負極、電解液級隔離膜等方向,改良STOBA電池材料,做為未來鋰電池材料元件的應用。初期規劃將從臺灣輸出含有STOBA的鋰電池材料,未來將視情況進行海外生產。

至於工研院與日本三井化學簽訂專屬授權契約後,與國內電池廠的關係如何維繫?潘金平表示,與國內電池廠技術移轉的是應用專利,與三井化學簽訂的材料專利並不相同,未來,在應用方面,工研院仍將持續與國內電池廠合作,提供STOBA-inside電池供臺灣廠商運用。

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